碳基材料中的双金属纳米结构可以克服能源材料的基本限制，这是单一材料无法获得的。然而，它们的合成过程耗时且复杂，会导致相/界面偏析和金属元素分布不均匀。在此，我们报告了一种简单的燃烧驱动合成双金属Ag-Bi纳米颗粒(NP)锚定碳纳米管(CNT)电极。一步燃烧波通过由Ag₂O和Bi粉末组成的独立薄膜，在碳纳米管内的硝化纤维素层可以在几秒钟内实现高密度的热化学反应。快速的加热-冷却速率促使碳表面形成液化Ag-Bi，并捕获亚稳Ag-Bi相，从而合成粒径较小(~20 nm)、分布密度高、固载于碳纳米管上的Ag-Bi双金属纳米颗粒。采用它们的超级电容器电极表现出出色的比电容和保留力(在2-5 mv vs 1时的比电容为1372-1093 Fg^-1，在100 mv vs^-1时循环10000次后的稳定电容为101.3%)。这是因为Ag Bi双金属NPs直径小，分布密度高，表面能低，具有较大的活性位点表面积，以及对CNTs的高度稳定粘附。该合成策略可扩展为一种可扩展的制备多种多金属纳米结构的方法，用于多用途电化学电极和催化剂。 

 
图1. 燃烧驱动合成Ag - Bi双金属纳米颗粒(NP)锚定碳纳米管以及Ag和Bi在单一颗粒中均匀混合相的路线示意图。
 
 
图2 锚定在CNTs的Ag-Bi 纳米颗粒的燃烧法原理。(a)由Ag₂O、Bi粉末和硝化纤维素组成的前驱体的制备，以及通过燃烧法制备的碳纳米管上活性材料的产物。(b)由燃烧引起的热化学反应的实时温度变化，导致1 s内的快速加热-冷却。(c) Ag-Bi合金的二元相图。(d)燃烧合成后Ag-Bi NP锚定CNT网络的SEM图像。
 
 
图3.锚定在CNTs的Ag-Bi 纳米颗粒的形态分析。 (a) Bi粉末、(b) Ag₂O粉末和(c) Bi - Ag₂O混合粉末在CNTs上的SEM图像。(d) Bi粉，(e) Ag₂O粉，(f) Bi - Ag₂O混合粉燃烧合成后产物的SEM图像。(g) Bi粉、(h) Ag₂O粉、(i) Bi - Ag₂O混合粉燃烧合成后的产物粒径分布。
 

图4. 锚定在CNTs的Ag-Bi 纳米颗粒的组成分析。(a)半圆形超级电容器电极燃烧前后颜色变化的照片图像。(b) Ag-Bi NPs双金属的TEM表征。(c)添加和不添加铋粉燃烧合成后产物的分布和形貌比较。(d)固定在碳纳米管上的单一双金属Ag-Bi纳米颗粒的高分辨率TEM图像的EDS图。(e)从Bi和Ag₂O粉末到锚定在CNTs上的均匀分布的Ag-Bi双金属纳米颗粒转变机理示意图。
 
 
图5 锚定在CNTs的Ag-Bi 纳米颗粒的物理化学表征。(a) Ag-Bi的XRD， (b) Bi， (c) Ag在CNTs上的XPS谱图，(d) Ag - Bi双金属纳米结构的测量分析。(e)燃烧合成前后Ag₂O-Bi粉末和Ag-Bi双金属纳米结构的拉曼光谱。
  
       相关科研成果由韩国高丽大学机械工程学院Wonjoon Choi等人于2022年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号