纳米碳纤维在化学电源中的应用

郑俊生，张新胜，李 平，袁渭康

（1.同济大学新能源汽车工程中心，上海 201804；2.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200439）

20世纪80年代中期以来，具有优异物理化学性能和可控微结构的纳米碳纤维(Carbon Nanofibers,CNFs)受到研究者极大重视[1]。特别是与之具有类似物理化学性质的纳米碳管(Carbon Nanotubes,CNTs)发现[2]及潜在应用研究获得了令人鼓舞的成果，更激发了对CNFs的研究[3]。目前，越来越多研究者通过各种方法制备高质量、低成本的CNFs，探索作为聚合物结构增强添加剂、场致发射器件、催化剂载体、高效储氢材料、电池和电极材料等方面的应用潜力[1,3]。本文简要论述了CNFs发现和制备，重点对在化学电源的应用进行了论述。

1 纳米碳纤维的发现

自富勒烯和CNTs发现以来，涌现了碳基纳米材料的研究热潮。CNFs发现可以追溯自1889年，Hughes和Chambers首先在观察含碳气体和高温金属作用时碳纤维的存在[1]。许多重要的化学反应过程如Fisher-Tropsch合成和水蒸气转化中都可以发现CNFs的生长[2]。CNFs具有很高的机械强度，会导致催化剂破裂和失活甚至出现反应器龟裂，因此在较长时间内，对CNFs的研究主要是为了抑制其生长。上世纪80年代以来，研究者逐渐发现CNFs优异的物理化学性质，并将其作为一种新型的碳基纳米材料进行研究开发，在催化和材料等领域都获得了具有理论意义和实际价值的成果[4-5]。当前，越来越多的研究者对CNFs微结构控制，微结构调变及相关的应用等方面都在进行深入研究[6-7]。

2 纳米碳纤维的制备和结构

CNFs制备方法主要有电弧法、激光溅射法和含碳气体在过渡金属催化剂表面催化气相沉积法等。……