碳基材料中的雙金屬納米結構可以克服能源材料的基本限制，這是單一材料無法獲得的。然而，它們的合成過程耗時且復雜，會導致相/界面偏析和金屬元素分布不均勻。在此，我們報告了一種簡單的燃燒驅動合成雙金屬Ag-Bi納米顆粒(NP)錨定碳納米管(CNT)電極。一步燃燒波通過由Ag
2O和Bi粉末組成的獨立薄膜，在碳納米管內的硝化纖維素層可以在幾秒鐘內實現高密度的熱化學反應。快速的加熱-冷卻速率促使碳表面形成液化Ag-Bi，并捕獲亞穩Ag-Bi相，從而合成粒徑較小(~20 nm)、分布密度高、固載于碳納米管上的Ag-Bi雙金屬納米顆粒。采用它們的超級電容器電極表現出出色的比電容和保留力(在2-5 mv vs 1時的比電容為1372-1093 Fg
-1，在100 mv vs
-1時循環10000次后的穩定電容為101.3%)。這是因為Ag Bi雙金屬NPs直徑小，分布密度高，表面能低，具有較大的活性位點表面積，以及對CNTs的高度穩定粘附。該合成策略可擴展為一種可擴展的制備多種多金屬納米結構的方法，用于多用途電化學電極和催化劑。
圖1. 燃燒驅動合成Ag - Bi雙金屬納米顆粒(NP)錨定碳納米管以及Ag和Bi在單一顆粒中均勻混合相的路線示意圖。
圖2 錨定在CNTs的Ag-Bi 納米顆粒的燃燒法原理。(a)由Ag
2O、Bi粉末和硝化纖維素組成的前驅體的制備，以及通過燃燒法制備的碳納米管上活性材料的產物。(b)由燃燒引起的熱化學反應的實時溫度變化，導致1 s內的快速加熱-冷卻。(c) Ag-Bi合金的二元相圖。(d)燃燒合成后Ag-Bi NP錨定CNT網絡的SEM圖像。
圖3.錨定在CNTs的Ag-Bi 納米顆粒的形態分析。 (a) Bi粉末、(b) Ag
2O粉末和(c) Bi - Ag
2O混合粉末在CNTs上的SEM圖像。(d) Bi粉，(e) Ag
2O粉，(f) Bi - Ag
2O混合粉燃燒合成后產物的SEM圖像。(g) Bi粉、(h) Ag
2O粉、(i) Bi - Ag
2O混合粉燃燒合成后的產物粒徑分布。
圖4. 錨定在CNTs的Ag-Bi 納米顆粒的組成分析。(a)半圓形超級電容器電極燃燒前后顏色變化的照片圖像。(b) Ag-Bi NPs雙金屬的TEM表征。(c)添加和不添加鉍粉燃燒合成后產物的分布和形貌比較。(d)固定在碳納米管上的單一雙金屬Ag-Bi納米顆粒的高分辨率TEM圖像的EDS圖。(e)從Bi和Ag
2O粉末到錨定在CNTs上的均勻分布的Ag-Bi雙金屬納米顆粒轉變機理示意圖。
圖5 錨定在CNTs的Ag-Bi 納米顆粒的物理化學表征。(a) Ag-Bi的XRD， (b) Bi， (c) Ag在CNTs上的XPS譜圖，(d) Ag - Bi雙金屬納米結構的測量分析。(e)燃燒合成前后Ag
2O-Bi粉末和Ag-Bi雙金屬納米結構的拉曼光譜。
相關科研成果由韓國高麗大學機械工程學院Wonjoon Choi等人于2022年發表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.07.003)上。原文：Combustion-driven synthesis route for bimetallic Ag–Bi nanoparticle-anchored carbon nanotube electrodes for high-performance supercapacitors。
轉自《石墨烯研究》公眾號
