DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106511

本文报告了石墨烯纳米纤维（GNFs）在金属箔（即镍（Ni）和不锈钢（SS））上的直接生长，及将其用于直接组装对称超级电容器电极。通过化学气相沉积（CVD）技术在Ni和SS上直接生长GNFs，使用乙炔作为碳源，在700℃下持续30分钟。通过滴铸法在有无NiNO3催化层涂覆的金属箔上生长GNFs。使用扫描电子显微镜（SEM）研究了在Ni和SS金属箔上制备的GNFs。借助形态学图像探究了催化载体横截面微结构中GNFs的生长情况。高分辨率形态透射电子显微镜（TEM）图像显示存在高度支化的多层石墨烯壁（d间距为0.34-0.48nm），GNFs尺寸范围为100-50nm。微拉曼光谱结果显示IG/ID-1.29，在2679.82cm-1处观察到Ni-NiNO3-GNFs石墨烯层的二维带。进一步研究了配备直接生长GNFs（Ni-NiNO3-GNFs）电极的电化学超级电容器器件性能。循环伏安测试（CV）结果显示出一个理想的电容窗口（0.01-1.5V），阻抗谱的Rct值为27.57Ω。直接组装的无粘合剂对称器件是一种可实现快速充放电超级电容器应用的新方法，Ni-NiNO3-GNFs样品在0.5F/g时的电容为24.66F/g。GNFs与Ni接触良好，有助于在阻抗研究中检测低Rct。总体结果表明，石墨烯纳米纤维森林结构在金属箔上生长良好。所制备的电化学储能对称装置可实现良好的充放电循环，适用于采用CVD技术的超级电容器电极。

图1.采用CVD方法在滴铸NiNO3的Ni箔上生长GNFs的示意图，生长GNFs后以及对称装置的照片。

图2.纯Ni-GNFs、Ni-NiNO3-GNFs和SS-GNFs的微拉曼光谱分析。

图3.a，c，e）Ni-GNFs、Ni-NiNO3-GNFs和SS-GNFs的X射线光电子能谱（XPS）和光谱；b）Ni-GNFs，d）Ni-NiNO3-GNFs和f）SS-GNFs样品C1s区域的去卷积拟合。

图4.（a-i）（a，b和c）Ni-GNFs，（d，e和f）Ni-NiNO3-GNFs和（g，h和i）SS-GNFs样品的SEM图像以及横截面形态图像。

图5.（a-i）Ni和SS箔上石墨烯纳米纤维（GNFs生长）的TEM图像：（a-c）Ni-GNFs，（d-f）Ni-NiNO3-GNFs和（g-i）SS-GNFs。

图6.Ni-NiNO3-GNFs超级电容器装置在3M KOH电解液中于10-100mV/s不同速率下的循环伏安法（CV）测量。

图7.Ni-NiNO3-GNFs电极超级电容器（SCs）的电化学阻抗谱（EIS）。

图8.0.5-4A/g下恒电流充放电（GCD）电位（V）与充放电时间的关系，插图为组装SCs器件的照片。