탄소나노튜브-나노셀룰로스 하이브리드 전극

나노셀룰로스(NC)의 구조적 기능성과 탄소나노튜브(CNT)의 전기 전도성을 결합한 하이브리드 나노구조는 전기화학 분석용 전극 설계에 있어 주목받고 있습니다. 하지만 기존 CNT:NC 하이브리드 필름 전극은 별도의 전도성 기판과 바인더를 필요로 하며, 공정-구조-전기화학 성능 간의 체계적인 관계를 규명하는 데 한계가 있었습니다. 본 연구에서는 절연 지지체 위에 전류 집전체와 바인더 없이 장섬유 단일벽 탄소나노튜브(LLSWCNT)와 TEMPO 산화 셀룰로스 나노섬유(TOCNF)로 구성된 자체 전도성 하이브리드 전극을 개발했습니다. 조성 및 공정 변수의 영향을 평가하기 위해, 세 가지 LLSWCNT:TOCNF 질량비(1:1, 2:1, 3:1)와 세 가지 후처리 초음파 처리 시간(5, 10, 30분)으로 필름을 제작하고, 구조, 계면 화학 및 전기화학적 성능을 분석했습니다. 비공유 결합을 통해 절연성 TOCNF 지지체 내에 상호 연결된 전도성 LLSWCNT 네트워크가 형성되었으며, 전기적 수송은 퍼콜레이션되는 번들 간 접촉을 통해 이루어졌습니다. LLSWCNT 함량이 증가하면 전도성은 향상되지만 네트워크 밀도가 높아져 전하 및 물질 전달 간의 조성 의존적 상충 관계가 나타났습니다. 후처리 시간을 늘리면 표면 거칠기가 감소하고 네트워크 균일성 및 전하 이동 역학이 개선되었습니다. 전기화학 측정 결과, 효율적인 외부 구형 전자 전달(k0 ∼ 0.4 × 10–2 cm s–1), 넓은 전기화학적 활성 표면적(ECSA = 0.053 ± 0.003 cm2), 넓은 전위 창(ΔE = 2.41 ± 0.35 V, PBS), 그리고 상당한 유사 정전용량(Cpseudo = 58.9 ± 7.7 μF cm–2)이 확인되었습니다. 이는 전류 집전체 기판 기반의 고도로 접근 가능한 다공성 전극 구조와 일치하는 결과입니다. 본 연구는 수계 공정 기반의 고성능 전극 설계 지침을 제공합니다.