濾波電容器可以將交流電信號或不同頻率的噪音信號轉換為直流電信號，從而保證電子器件的穩定工作，是電子電路中必不可少的元器件。目前集成電路中用作濾波的電解電容器具有很低的體積能量密度，較大體積的劣勢使其與微型化的集成電路非常不匹配，尤其在未來智能化時代，便攜化與智能化電子器件的發展趨勢下，電解電容器的這一缺點會極大限制微型電子電路的迅速發展。超級電容器由于具有較高的能量密度、快速充放電能力及高倍率性能，有望作為小體積交流濾波器應用于微型電子電路中。然而，目前超級電容器的電極材料仍不具備高頻下的高倍率性能和高能量存儲性能，因而濾波性能并不理想，且無法實現微型化設計。
近日，我校材料科學與工程學院張晨光教授課題組在基于新型碳納米材料的高性能交流濾波器的研究領域取得重要進展。該研究團隊利用單分散且尺寸均一的催化劑納米顆粒，通過化學氣相沉積法合成過程的調控，制備了一種新型的碳納米洋蔥/石墨烯復合結構薄膜。基于該薄膜電極材料的超級電容器展現出了出色的交流濾波電容性能及高體積能量密度，且在水系和有機系電解液體系中均展現出很高的倍率性能，優于現有報道的電極材料。該超級電容器器件還在交流濾波電路中展現出寬頻范圍內穩定的濾波性能。結合核磁共振表征與分子動力學模擬，課題組提出了復合結構薄膜具有優良濾波性能的機理。碳納米洋蔥的高曲率石墨表面、互聯的碳納米洋蔥顆粒薄膜結構以及碳納米洋蔥與石墨烯之間的共價鍵結合賦予了復合結構快速的離子遷移能力以及高頻響應能力。基于碳納米洋蔥/石墨烯復合結構薄膜的超級電容器器件有望作為小型化濾波器應用于交流轉換、信號過濾以及高頻儲能等領域，推動微型電子器件的設計與發展，同時，該研究成果為高曲率石墨表面應用于高頻電信號響應提供了新的設計思路與制備途徑。
該研究成果以題為“Ultrahigh-rate supercapacitor based on carbon nano-onion/graphene hybrid structure toward compact alternating current filter”發表在專業領域國際頂級期刊Advanced Energy Materials (影響因子為25.245，DOI:10.1002/aenm.202002132；全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002132) 上。Advanced Energy Materials期刊是材料科學領域具有重要影響力的高質量學術期刊，主要從材料的視角關注能源的研究，報道與材料能源領域相關的頂尖的科研成果，對成果的創新性要求非常高。
該論文以天津理工大學為唯一作者單位，由我校材料科學與工程學院張晨光教授與袁志好教授課題組合作完成，張晨光教授為第一作者和通訊作者，該研究成果得到了國家自然科學基金的支持。
