川大:简易制备导电CNF/碳纳米管气凝胶，可大规模生产和回收利用

成果简介

本文，四川大学王延青等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Large-scale preparation of electrically conducting cellulose nanofiber/carbon nanotube aerogels: Ambient-dried, recyclable, and 3D-Printable”的论文，研究提出一种环境干燥和非化学交联的方法，从纤维素纳米纤维 (CNF) 和碳纳米管 (CNT) 制备功能性气凝胶，通过循环冻融到交联CNF构建具有足够机械性能的气凝胶孔壁和碳纳米管。在此过程中，受益于CNF和CNT的管状分散，构建了一种新型的双网络互穿策略，从而能够创建疏水和亲水纳米纤维的混合双网络。因此，气凝胶具有可调节的密度（0.0519g cm -3）、高比表面积（157.24m2g-1）和良好的导电性（30.95S cm -1) 。

此外，由于没有化学交联，气凝胶很容易回收。气凝胶的各种形状和结构特征可以通过3D打印或模具进行调整，具有大规模生产的优势（直径可达8.68cm）。为了证明在各种应用中的用途，气凝胶表现出高比电磁屏蔽特性（440.9dB cm3?g -1），可用作负载活性材料（例如，MnO2）的独立电极，表现出优异的能量存储特性（551Fg-1）。不仅如此，该方法还可以应用于其他纳米纤维（ANF、PI等），有望获得更多样化的结构。

图文导读

图1。(a) CCA复合材料的合成过程示意图。(b) CCA-50复合材料的数字图像。(c) CCA-50复合材料孔壁的SEM和 (d) TEM图像

图2。(a) 由 4wt%不同CNT含量的混合物制备的CCA复合材料的密度和收缩率。CNF凝胶在（b）和（c）冻融前后的流变行为（实心符号：储能模量（G'）。空心符号：损耗模量（G'''））。(d, g) CCA-50-1C, (e, h) CCA-50-2C, (f, i) CCA-50-3C复合材料的 SEM 图像

图3。(a) 大型CC-50气凝胶 (直径 8.68 cm) 的制备。(b) FTA 0.50的图像(c) 制备循环利用CC-50 气凝胶，将气凝胶重新分散在水中，然后重复气凝胶制备）。(d) 3D打印的 CCA-50复合材料在干燥之前（左）和之后（右）的照片。(e) 由不同模具生产的各种形状的 CCA-50 复合材料的图像，显示出可塑性和机械加工性。

图4。(a) 具有不同 CNT 含量的 CCA 复合材料的电导率。

(b) CCA-50复合材料作为连接和未连接电路的导体的照片。

(c) CCA 复合材料的 EMI 屏蔽效果。

(d) CCA-50 复合材料中 EMI 屏蔽的示意图

图5。(a) 不同MnO2含量制备的CCMA 复合材料的照片。

b) CCMA-20 复合材料多孔结构的SEM和EDS映射图像的SEM图像。

(e) CCMA-20气凝胶和非功能化气凝胶在2 mV s -1的扫描速率下的伏安图。

(f) CCMA-20 的电容和电容保持率。

(g) CCMA-20 在电流密度为1Ag-1下2500次循环的循环性能，

小结

综上所述，本文展示了一种简单、快速、节能的常压干燥方法来制备3D打印的 CNF/CNT 复合导电气凝胶，该气凝胶可以大规模生产和回收利用。此外，使用该方法可以制备功能化复合气凝胶，例如，通过在CNF/CNT悬浮液中添加活性物质（二氧化锰纳米颗粒），复合气凝胶的比电容高达551Fg-1，显示出储能气凝胶的巨大潜在应用。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.03.056