納米多孔結構的碳材料由于具有大比表面積、獨特的孔結構以及豐富的納米孔，使其在儲能領域應用潛力巨大，也引起了人們的高度重視。然而，對于多孔材料在納米尺度上，面向不同儲能需求的多功能組合和調控仍是目前材料領域的一個難點問題。在國家自然科學基金項目（批準號：51274240）的資助下，中南大學周向陽課題組與香港理工大學Limin Zhou課題組合作，在一維與二維納米多孔碳材料的制備、表征及形貌結構控制的過程機理方面的研究取得了重要進展，相關研究成果分別在能源領域著名雜志《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）以及《納米能源》(Nano Energy)上發(fā)表。
為了獲得同時具有高石墨化度和大比表面積的碳納米纖維，合作雙方經(jīng)過共同努力，利用納米鎳顆粒在無定形碳纖維基體中的催化石墨化原理，結合靜電紡絲和化學活化技術，設計和制備了具有豐富石墨化隧道的“N-摻雜活化碳納米纖維”（ANHTGCNs）。該材料作為鋰離子電池負極材料時，具有高達1560 mAh/g的比容量，是目前商用石墨負極的4倍多，同時表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)與倍率性能。這種通過控制金屬顆粒的擴散路徑來調節(jié)無定形碳石墨化結構的方法，為具有特殊石墨化結構的一維碳納米材料制備提供了一條全新的思路。
ANHTGCNs材料的制備過程
合作雙方還開發(fā)了一種基于液相原位生長技術的防止石墨烯片層團聚新方法，主要通過在高度分散的氧化石墨烯表面生長尺寸可控的二氧化硅保護層、后續(xù)的熱處理及二氧化硅的選擇性刻蝕等步驟得以實現(xiàn)，當其作為鋰離子電池負極材料時，表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能及倍率特性。
