近日，大连工业大学纺织与材料工程学院廖永平博士与阿尔托大学Esko I. Kauppinen教授等合作在柔性微型超级电容器的构筑和储能机制取得新进展。该工作使用浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)直接生长氮掺杂单壁碳纳米管 (N-SWCNTs)，并通过气相抽滤同步构筑了微型电极。该方法制备微型电极无需使用分散剂，无需考虑流变性，为柔性微型超级电容器的制备提供了一种简便快捷的策略，并揭示了氮掺杂对电容性能提升的机制。

　　便携式可穿戴电子设备近年来得到了飞速发展。同时，对电子设备的储能装置提出了新的需求。微型超级电容器（Micro-Supercapacitors，MSCs），由于其具有较高的功率密度加上轻薄与柔性特征，能够更好地满足便携式电子设备的供能需求。然而，当前制备MSCs电极主要是基于湿法技术，湿法技术通常需要多个步骤，包括制备活性粉体材料→将粉体分散成浆料/油墨→采用（3D）打印/丝印/喷涂/激光刻蚀等方法制备微型电极等步骤。这些繁琐和耗时的过程可能会改变材料微观结构和影响器件的大规模集成。因此，开发一种无溶剂加工和可扩展的高性能MSCs的方法仍然是一个巨大的挑战。

　　本工作基于FCCVD方法，使用乙腈作为碳源和氮源一步生长出气溶胶形式的N-SWCNTs，然后通过图案化滤膜直接沉积为MSC微电极。此外，可以将收集到的MSC微电极转移至不同基底，且具有可扩展和可任意定制不同图案的潜力。基于N-SWCNT器件表现出比未掺氮的具有更高的电容性能，且比电容随着氮含量的升高而升高。此外，基于干法构筑的N-SWCNT微型超电具有卓越的机械柔性，出色的比电容（3.6 mF cm-2和98.6 F cm-3@5 mV s-1），优异的循环稳定性（在125,000次充放电循环后，电容保持率高达97.4%）。通过理论模拟，进一步揭示了氮掺杂碳纳米管对双电层电容和量子电容的提升。

　　相关研究成果以“Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition Patterning Nitrogen-Doped Single-Walled Carbon Nanotubes for Shape Tailorable and Flexible Micro-Supercapacitors”为题发表在《Advanced Functional Materials》（2022年影响因子为 19.924，JCR分区Q1）上。第一作者为大连工业大学2020级硕士研究生董浩浩和大连化物所博士后张良柱。通讯作者是大连工业大学廖永平博士和阿尔托大学Esko I. Kauppinen教授。该工作得到了大连工业大学科研启动资金、辽宁省科技厅项目的支持。

　　廖永平，男，1989年11月出生，大连工业大学讲师，硕士生导师。2008年9月至2015年6月于黑龙江大学获本科和硕士学位，2019年10月于芬兰阿尔托大学获博士学位。2020年1月入职大连工业大学纺织与材料工程学院，研究领域为碳基柔性电子和智能纺织品，以第一作者或通讯作者在JACS、ACS Nano、AFM等知名学术期刊发表论文15篇。以指导教师身份指导学生获辽宁省绿色染整竞赛一等奖、辽宁省挑战杯银奖等。

　　原文链接：http://t.dlpu.edu.cn/348170ef43c2a0dacaca9a955a8503e4

文图/廖永平   审稿人/史非、黄寒冰