Углеродные нанотрубки «без швов» соединили с графеновыми волокнами

Коллектив ученых из Китая и США синтезировал проводящие волокна цилиндрического графенового слоя с «торчащими» из него углеродными нанотрубками. Ключевой особенностью структур было ковалентное соединение нанотрубок со слоем графена. Это приводило к минимальному сопротивлению такого «бесшовного» материала и рекордным характеристикам электродов на его основе. Исследование опубликовано (PDF) в Science Advances.
Авторы синтезировали углеродные волокна на шаблоне из анодированной алюминиевой проволоки. Для нанесения углерода использовали химическое газофазное осаждение, а пористый оксид алюминия в шаблоне выступал в качестве катализатора. Таким образом, реакция проходила в одну стадию и не требовала дополнительных реагентов. После осаждения алюминиевую сердцевину удаляли при помощи раствора щелочи.
Подобные волокна, по словам авторов, можно было получать любой произвольной длины — все ограничивалось проволокой-шаблоном. Кроме того, расстояние между вложенными слоями графена оказалось возможно контролировать длительностью обработки алюминия. Структуру полученного материала исследователи подтверждали при помощи атомно-силовой (АСМ) и просвечивающей электронной (ПЭМ) микроскопии.

Ученые также проанализировали несколько электродов на основе синтезированных волокон. Например, были созданы элементы

, в которых углеродные волокна играли роль противоэлектрода. Конверсия световой энергии в таких устройствах составила рекордные 6,8 процентов, что почти в три раза выше, чем для эталонного (и более дорогого) платинового электрода.

По словам ученых, ключевой особенностью их работы является одностадийный синтез. Подобные углеродные структуры создавали и ранее, но для этого требовалось введение дополнительного катализатора, например, металлических наночастиц. Это неизбежно приводило к появлению дефектов в структуре и, как следствие, ухудшенным электрохимическим характеристикам.