序言

碳纳米管的奇妙之旅在人类发展的历史长河里，材料是文明进步的基石、科学探索的助力、经济发展的引擎和社会生活的改善者，更是未来科技发展的关键所在。其中，一些材料以其独特的性质与潜力，引领着人类文明的进步与技术的飞跃。

碳纳米管，作为碳元素家族中的新星，自其被发现以来，便以其极高的强度、优异的导电性、卓越的热传导性能以及独特的机械特性，迅速成为材料科学领域的璀璨明星。它们如同微观世界的“钢铁侠”，以纳米级的“纤细身躯”，承载着超越传统材料的无限可能。

随着对碳纳米管研究的不断深入，其应用领域也日益广泛。从高性能复合材料、电子器件到能源存储、生物医学乃至环境保护，碳纳米管正以其独特的性能优势，推动着各行各业的技术革新与产业升级。目前，碳纳米管的市场需求持续增长，带动了行业的快速发展。在全球范围内，江苏天奈（中国）、OCSiAl（俄罗斯）、LG Chem（韩国）等成为全球范围内领先的碳纳米管生产商，凭借其技术实力和市场占有率脱颖而出。

其大规模商业应用需求主要来自锂离子电池和导电塑料领域，其中来自

前者的占比超过80%。

本书从碳纳米管的历史启航，穿越至材料科学与技术的篇章，最终聚焦于能源存储与转换的应用，不仅为读者构建了完整的碳纳米管基础知识体系，还展现了这一材料从理论探索到实际应用，乃至引领科研创新与工业化进程的辉煌历程。书中，我们追溯了碳纳米管从意外发现到实验室合成的奇妙旅程，在材料制备部分，详尽解析了多种先进制备技术，展现了人类如何巧妙地操控纳米尺度，赋予碳纳米管独特的物理、化学性质。本书还

探讨了碳纳米管在能源领域的革命性应用。从高性能电池到超级电容器，从燃料电池到电解水，碳纳米管以其卓越的导电性、高强度及高比表面积，正逐步成为提升能源存储效率、促进能源转换技术飞跃的关键材料。读者将理解到，这一奇妙的微小材料如何在全球能源转型的大潮中扮演至关重要的角色。

此外，本书还展望了碳纳米管在科研与工业化领域的广阔前景，鼓励读者思考并参与到这一

科技变革之中。它引领着每一位读者踏上一段穿越微观宇宙、探索未来科技奥秘的非凡之旅，共同见证并参与构建更加绿色、高效、可持续的能源未来。

基于碳纳米管在新能源领域的重要地位，本书包含碳纳米管的历史起源、材料制备，以及其在能源存储与转换中的应用。通过本书的学习，读者可掌握碳纳米管的基础知识，了解碳纳米管的发展概况和应用领域，以及其在科研和工业化上的发展。本书旨在逐步揭开这一奇迹材料的神秘面纱，引领读者踏上一场穿越微观宇宙、探索未来科技的非凡旅程。

本书共10章，分别为： 绪论、碳纳米管的制备、碳纳米管在锂离子电池中的应用、碳纳米管在锂硫电池中的应用、碳纳米管在钠离子电池和钾离子电池中的应用、碳纳米管在锂金属负极中的应用、碳纳米管在燃料电池中的应用、碳纳米管在电催化反应中的应用、碳纳米管在其他储能器件中的应用和碳纳米管的机遇。

当然，任何伟大的发现与创新都伴随着挑战与未知。碳纳米管的大规模制备、性能优化、环境友好性以及新应用的拓展等问题，仍是当前研究领域的热点与难点。但正是这些挑战，激发了科学家们不断探索与创新的热情，推动着碳纳米管技术不断向前发展。本书在展望碳纳米管未来应用前景的同时，也将深入探讨这些挑战与机遇，鼓励更多的学者与企业家投身于这一蓬勃发展的领域。

本书由温州大学组织编写，主编为杨植、肖逵逵、聂华贵，参编为杨硕、

葛勇杰、周学梅、蔡冬、钱金杰、胡悦、张银行、孙江东。编写分工为： 杨植编写第1章和第10章，肖逵逵编写第5章，肖逵逵和孙江东编写第6章，聂华贵和葛勇杰编写第9章，杨硕编写第4章，葛勇杰和钱金杰编写第8章，周学梅编写第7章，胡悦和周学梅编写第2章，蔡冬和张银行编写第3章。此外，黄绍达、舒运茂以及团队的同学们也为本书的撰写和最终成形提供了帮助。

在编纂此书之际，我们深感荣幸本书汇集了众多碳纳米管领域的前沿科研成果，这些宝贵的知识与洞见均源自众多卓越科研工作者不懈地探索与努力。在此，我们向所有为碳纳米管科学研究作出杰出贡献的学者和研究者致以最诚挚的敬意与感谢。

同时，我们也认识到，尽管我们力求全面而准确地呈现这一领域的最新进展，但鉴于自身能力的局限性，书中难免存在不足之处或有待商榷之处。因此，我们诚挚地邀请同行专家及广大读者指正。

杨植

2025年1月于温州大学