石墨纳米笼用于超级电容器电极材料的研究(4)
电泳法是根据电泳速率不同将CNTs与其它杂质颗粒分离,且所得CNTs未受到损坏。其做法是先将传统电弧放电法所制备的CNTs充分分散于异丙醇溶液中,离心除去较大的碎片,然后在充满分散液的容器中放入两个间距为0.4mm的共面铝电极。因为CNTs有电各向异性这一特征,所以当两个电极之间加上交变电场时,在电场的作用下,CNTs将向阴极移动,并沿着电场方向进行有规律的定向排列。
化学提纯包括氧化法和非氧化法，以下是对氧化法的介绍：氧化法是利用氧化剂对CNTs与杂质之间的氧化速率不同来完成的。CNTs的管壁是由吹冰元环碳原子构成,两端通常被五元环、七元环碳原子构成的半球形帽所封闭。吹冰元环和无定形碳、碳纳米颗粒等其它形态杂质相比没有悬挂键,因而在氧化剂的存在下需要较长时间才能被氧化。无定形碳和碳纳米颗等杂质因为耐氧化性差, 最易被氧化而除去, 而CNTs的两端都有局部的剧烈弯曲和非吹冰元环造成的缺陷,也会先于碳纳米管被氧化。精确控制氧化反应的时间和氧化剂用量可以使杂质氧化剩下CNTs从而达到提纯的目的。
电化学氧化法是将碳纳米管粗品制成电极,对其进行阳极氧化处理。易于氧化的无定形碳等杂质的析氧电位较低,在阳极氧化过程中,氧原子首先在无定形碳等杂质表面析出,且新生态的氧比较活泼、氧化性较强,利用这个特性通过控制一定的电解条件,便可以将碳纳米颗粒和无定形碳除去,达到纯化样品的目的。电化学氧化法具有许多优点,如反应速度快、处理时短、氧化缓慢、反应均匀、易于控制处理、效果显著,因此该方法也是常用的碳纳米管的纯化方法之一。
改进湿化学法来提纯多空壁碳纳米笼。具体是：取出制备的笼形沉积物，用小刀削去外面坚硬的银灰色外壳 得到黑色的笼状物，先用甲苯进行萃取，可有效去除碳管中的富勒烯粒子。然后将其放入浓硫酸与浓硝酸混合溶液中浸泡4h，最后用去离子水通过微孔膜慢慢地反复冲洗过滤直至pH值达到7为止。目的是去除纳米金属粒子和无定形碳等。将制备的网状物用浓盐酸溶液进行酸洗可有效地去除一部分金属催化剂粒子，然后用去离子水进行冲洗过滤在空气中焙烧1h记录其温度和失重率。将制备的膜状沉积物放在研钵中进行碾磨，碾磨成粉末状。然后将其放入配制的高锰酸钾和硝酸混合溶液中（体积比1：1）充分搅拌加热回流1h用去离子水不断冲洗过滤 使溶液pH值接近7放到烘干箱中进行烘干即可得到纯化的碳纳米笼。
1.2.4 碳纳米管在超级电容器中应用的实验研究
马仁志等[6,7]用高温催化C2H4／H2混合气体制备多壁碳纳米管(MWNTs)，采用两种不同的工艺制备碳纳米管固体电极，以质量分数38％的H2SO4为电解液恒流充放电测试其电容性能。刘辰光等[8]将有机物催化裂解法制得的管径20-40 nm的CNTs经分散、除杂后，在6 Mpa压力下于泡沫镍上压制成圆片状电极，用6 mol/L KOH作电解液，以10 mA电流进行恒流充放电，测得电极的比电容为60 F/g。
虽然现在碳纳米管的应用比碳纳米笼要多，但碳纳米笼因为有更高的比表面积已经在科学领域开始占得一席之地。与碳纳米管的研究相比，高的比表面积将会带来高的储存量，从而使得超级电容器的能力产生质的飞跃。但这需要给石墨碳纳米笼有一个良好的合适的环境来支持电容器的运作。所以石墨碳纳米笼的制备与表征就显得比较重要。
1.3石墨纳米笼超级电容器的应用前景
随着现代社会科学技术日新月异的发展，人们往往购买的是性能更加优越，质量更加完美的产品来满足日常生活的需求。而石墨纳米材料本身就拥有良好的导电性能，再加上其天生具有甚至比碳纳米管更高的比表面积，这与超级电容器的高储存量相吻合，因此，石墨碳纳米笼超级电容器应运而生。超级电容器可用于电脑、录相机、计时器等的备用电源，也可用于玩具车、闪光灯、电动手工具等要求快充电、慢放电的场合，还可用于需用连发、强流脉冲电能的高新技术武器，如激光武器、电炮等。然而，超级电容器最令人瞩目的应用当属正在蓬勃发展的电动汽车上[10]。我国“十五”863电动汽车专项中已把超级电容器列为专题进行研究。超级电容器具有广阔的应用前景，并蕴藏着巨大的经济效益，而且科学研究的目的本来就是向经济效益与社会生活应用方面逐渐转化而形成产业化，所以向石墨纳米笼超级电容器这种既节省成本又保护环境的产品必将有巨大的潜力来应用于各种行业。
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