N-RGO/CNT纤维的制备及其在电容器中的应用

以大鳞片石墨为原料,经过氧化插层、剥离和湿法纺丝等步骤,结合碳纳米管引入、还原方式选择和氮掺杂技术,成功制备了介孔结构规则排列的氮掺杂还原氧化石墨烯/碳纳米管(Nitrogen-doped reduced graphene oxide/carbon nanotube,N-RGO/CNT)复合纤维。对比了不同还原方式对纤维微观结构的影响,发现氢碘酸(HI)化学还原导致纤维结构的大孔膨胀,而焦耳热/微波还原使其孔结构连续且规则化,特别是碳纳米管的引入显著改善了纤维的微观形貌,形成了多孔海绵状结构,且孔结构主要为有序的三维介孔。通过焦耳热/微波还原方式制备的N-RGO/CNT复合纤维在抗拉强度、导电率和比表面积等物理性能上表现优异,其中抗拉强度达到252 MPa,导电率为7.9·10^(3) S·m^(-1),比表面积为194 m^(2)·g^(-1)。进一步测试发现,适度还原的纤维因保留了一定含氧基团,通过参与氧化还原反应显著提升了纤维的比容量。在三电极体系中,N-RGO/CNT纤维可提供高达300 F·cm^(-3)的比容量。以N-RGO/CNT纤维为电极材料组装的超级电容器在电流密度为34.0 mA·cm^(-3)时表现出198 F·cm^(-3)的电容。