一种多原子共掺杂纳米碳纤维及其一步制备方法和用途技术

技术编号：14195323 阅读：187 留言：0更新日期：2016-12-15 15:22

一种多原子共掺杂纳米碳纤维及其一步制备方法和用途。所述制备方法过程如下：利用干燥细菌纤维素和掺杂剂溶液制备掺杂剂/细菌纤维素前驱体；将前驱体置于管式炉中进行碳化掺杂处理，得到多原子共掺杂的纳米碳纤维。本发明专利技术制备方法工艺简单、生产成本低，且易于规模化生产。本发明专利技术的方法制成的多原子共掺杂纳米碳纤维在用于超级电容器时获得高比容量和高倍率性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米新材料领域，是新能源材料碳纤维的改性技术，特别涉及一种多原子共掺杂纳米碳纤维及其一步制备方法和用途。
技术介绍
近年来，随着环境污染和能源短缺问题的凸显，人们不断寻找新的可再生能源，如风能、热能和太阳能等，而只有先将这些能源有效存储起来才能被更有效为人们所使用；此外，随着人们环保意识的增强，新能源汽车的市场占有率迅速增长，作为新能源汽车心脏部件的能量供应装置应该具备功率密度高、使用寿命长的特点。所以，超级电容器作为一种同时具备高功率、长寿命、可快速充电等特点的储能装置，越来越多的用于电厂、电站并在起步或上坡时为电动车中的锂离子电池提供功率补偿。碳材料作为超级电容器核心部分的电极材料是研究最早、技术最成熟的材料，而已实现市场化的碳材料主要分为活性炭和活性碳纤维两类，其中碳纤维材料具有导电性好、机械强度高、比表面极大和结构稳定的优势。但由于碳材料在充放电过程中只产生双电层电容的固有属性，使得直接碳化和经活化处理得到的碳纤维的比电容并不理想，所以就有了通过掺杂引入可发生氧化还原反应的官能团的方式提高电化学性能的研究。其中，氮元素是研究最早的掺杂元素，有学者以含氮树脂或聚丙烯腈等为基体碳化制备得到了氮掺杂的碳纤维，也有研究者对制备的碳纤维进行掺杂改性；除氮掺杂外，人们还尝试过对材料进行硼掺杂、磷掺杂、氟掺杂、氮硼共掺杂、氮氟共掺杂等方法进行改性研究。但是，上述技术制得的材料用于超级电容器时取得的电化学性能均不太理想，仍有待进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种多原子共掺杂纳米碳纤维的一步制备方法。本专...
一种多原子共掺杂纳米碳纤维及其一步制备方法和用途

【技术保护点】
一种多原子共掺杂纳米碳纤维的一步制备方法，包括如下步骤：(1)将细菌纤维素浸入含氮、磷、硫掺杂剂的水溶液中，得到掺杂剂/细菌纤维素前驱体；(2)将步骤(1)所得掺杂剂/细菌纤维素前驱体进行碳化掺杂处理，得到多原子共掺杂纳米碳纤维。

【技术特征摘要】
1.一种多原子共掺杂纳米碳纤维的一步制备方法，包括如下步骤：(1)将细菌纤维素浸入含氮、磷、硫掺杂剂的水溶液中，得到掺杂剂/细菌纤维素前驱体；(2)将步骤(1)所得掺杂剂/细菌纤维素前驱体进行碳化掺杂处理，得到多原子共掺杂纳米碳纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述细菌纤维素为干燥的细菌纤维素；优选地，所述干燥的细菌纤维素采用冷冻干燥的干燥方法获得；优选地，所述含氮、磷、硫掺杂剂为同时含氮磷硫三种元素的物质或含氮磷硫三种元素中一种或两种的物质的混合物，优选为磷酸二氢铵和硫脲。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述掺杂剂溶液的体积与细菌纤维素比为1-15mL:1g，优选为5-10mL:1g，进一步优选为7mL:1g。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述细菌纤维素和含氮磷两元素的掺杂剂的质量比为0.5-20:1，优选为1-10:1；优选地，步骤(1)中所述细菌纤维素和含硫掺杂剂的质量比为0.1-10:1，优选为0.5-5:1。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将细菌纤维素浸入...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁国辉，张芳平，刘荣，黎恩源，梅佳，黄友元，杨斌，时浩，李然，方振辉，
申请(专利权)人：哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23

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