NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法及其用途技术

本发明专利技术提供了一种NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：S1、制备纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维；S2、利用所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维制备TiC/C复合多孔纳米纤维；S3、利用所述TiC/C复合多孔纳米纤维制备NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维。本发明专利技术具有如下的有益效果：本发明专利技术制备的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，可再生，无污染等特点，有利于NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维在超级电容器产业中的大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法及其用途
本专利技术涉及一种NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法及其用途，属于无机纳米纤维

技术介绍
随着环境污染的加重及其可再生能源的大量消耗，科学家和工程师急需研制出能源储存设备，如燃料电池、超级电容器和铅酸电池等设备。与其它储能设备相比，超级电容器由于高电容量、高能量密度、使用寿命长、快速充电过程成为最具潜力的电能储存设备。根据不同的储能机理，超级电容器可分为双电层电容器(EDLCs)和赝电容器(PDCs)两大类。双电层电容器是通过电解液在电池材料表面的可逆吸附实现的。赝电容器是通过快速法拉第还原反应实现储能。目前主要采用碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料。与碳材料和导电聚合物相比，过渡金属氧化物(如NiO、MnO2、RuO2和Co3O4等)具有多种氧化价态和宽的工作电位窗，显示出大的电荷储存能力。其中NiO理论电容量高达2584F/g，且自然储存丰富、原料廉价易得，对环境无污染，成为超级电容器电极的首选材料。然而NiO的导电性和循环稳定性差，限制了其广泛应用。为了克服以上缺点，研究者常将NiO制备成纳米级(如纳米管、纳米线和纳米纤维等)以提高电极与电解质之间的浸润性。或与其它导电性和化学稳定性良好材料复合，以提高其导电性，最终提高电极的比电容量。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法及其用途。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：S1、制备纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维；S2、利用所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维制备TiC/C复合多孔纳米纤维；S3、利用所述TiC/C复合多孔纳米纤维制备NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维。作为优选方案，所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维的制备方法为：将三醋酸纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺/1,4-二氧六环/丙酮的三元混合溶剂中，搅拌溶解后，得到溶液A，将钛酸异丙酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺/冰醋酸二元混合溶剂中，得到溶液B，将所述溶液A和溶液B共混后，得到的前驱体淬火溶液；将所述前驱体淬火溶液在-40～-10℃下淬火后，萃取除去三元混合溶剂和二元混合溶剂，经洗涤、干燥得到TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维；将所述TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维浸泡于0.05～0.2mol/L的NaOH/乙醇溶液中后，得到纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维。作为优选方案，所述三元混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和丙酮的质量比为5：(0.5～1)：(0.5～1)，所述二元混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和冰醋酸的质量比为15：1，所述前驱体淬火溶液中，三醋酸纤维素的质量分数2～5％，聚甲基丙烯酸甲酯的质量分1～2％，钛酸异丙酯的质量分数为0.4～1％。作为优选方案，所述TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法为：将纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维浸泡在丙酮中，除去聚甲基丙烯酸甲酯后，得到纤维素/TiO2复合多孔纳米纤维；将所述纤维素/TiO2复合多孔纳米纤维置于气氛炉中，在50～100μL/m氮气流量的条件下，以3～5℃/min的速率由室温升温至300～360℃，保温2h后，以3～5℃/min的速率由300～360℃升温至700～800℃，保温1h后，以3℃/min的速率由700～800℃升温至1000℃，保温1h；在50～100μL/m氩气流量的条件下，2～3℃/min的速率由1000℃升温至1100～1300℃，保温2h后，自然降温至常温，得到所述TiC/C复合多孔纳米纤维。作为优选方案，步骤S3具体包括如下操作：将0.1gNi(Ac)2·2H2O和0.3～0.5g尿素溶解于20mL去离子水中后，转入内衬有聚四氟乙烯的50mL容积不锈钢管式高压反应釜内，加入0.05～0.1gTiC/C复合多孔纳米纤维后，加入去离子水至不锈钢管式高压反应釜容积的80％，以5℃/min的速率由室温升温至140～170℃，保温进行水热反应后，将产物进行抽滤、收集固体部分经洗涤、干燥，以10℃/min的速率由室温升温至280～320℃，保温后，得到所述NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维。本专利技术的基本原理为：1、以三醋酸纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯为聚合物前驱体，钛酸异丙酯为钛源无机前驱体，通过热致相分离方法得到纳米纤维，纤维的形成主要是聚合物富集相内分子链有序规整排列所形成的纤维结构，得到TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维。2、TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维浸泡在NaOH/乙醇溶液中后，主要是使三醋酸纤维素上的乙酰基在碱性条件下水解形成羟基，使三醋酸纤维素转变为纤维素，即由热塑性材料转变为热固性材料，使其在后续加热过程中不发生熔融，能保持纤维形貌，得到纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维。3、将纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维浸泡在丙酮中以除去聚合物前驱体中的PMMA，形成多孔结构，提高TiC/C纳米纤维的比表面积，并有利于后续镍氧化物在纤维上的复合。4、纤维素/TiO2复合多孔纳米纤维经过一系列的预氧化和碳化，使纤维素转变为碳纤维。1100～1300℃反应主要是通过高温将多孔碳纤维中的部分碳与二氧化钛反应，形成TiC/C多孔纳米纤维。5、在反应体系中加入TiC/C多孔纳米纤维，通过水热反应将Ni2+与OH-反应形成Ni(OH)2，最后在低温下煅烧将Ni(OH)2转变为NiO，得到NiO/TiC/C多孔纳米纤维。一种由前述制备方法得到的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维在超级电容器中的用途。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术制备的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维为纳米级的多孔材料，大大提高了材料的比表面积，因此提高电解液与电极材料之间的浸润性。2、前驱体聚合物中引入PMMA，后采用溶剂浸泡法将其去除，留下多孔结构，有利于后续NiO与TiC/C复合纤维的之间的复合。3、NiO与TiC/C纤维纤维复合后，TiC和C的引入提高了电极材料的电导率、化学稳定性和机械强度。因此大大提高了材料的比电容和循环使用次数。4、本专利技术制备的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，可再生，无污染等特点，有利于NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维在超级电容器产业中的大规模应用。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中实施例1得到的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的扫描电镜。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例11)纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维的制备S1：将2gTCA和1gPMMA溶解在50gDMF、5g1,4-二氧六环和5g丙酮的三元混合溶剂中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维；S2、利用所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维制备TiC/C复合多孔纳米纤维；S3、利用所述TiC/C复合多孔纳米纤维制备NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维；S2、利用所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维制备TiC/C复合多孔纳米纤维；S3、利用所述TiC/C复合多孔纳米纤维制备NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维。2.如权利要求1所述的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维的制备方法为：将三醋酸纤维素(TCA)和聚甲基丙烯酸甲酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺/1,4-二氧六环/丙酮的三元混合溶剂中，搅拌溶解后，得到溶液A，将钛酸异丙酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺/冰醋酸二元混合溶剂中，得到溶液B，将所述溶液A和溶液B共混后，得到的前驱体淬火溶液；将所述前驱体淬火溶液在-40～-10℃下淬火后，萃取除去三元混合溶剂和二元混合溶剂，经洗涤、干燥得到TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维；将所述TCA/PMMA/TiO2复合纳米纤维浸泡于0.05～0.2mol/L的NaOH/乙醇溶液中后，得到纤维素/PMMA/TiO2复合纳米纤维。3.如权利要求2所述的NiO/TiC/C复合多孔纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述三元混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和丙酮的质量比为5：(0.5～1)：(0.5～1)，所述二元混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和冰醋酸的质量比为15：1，所述前驱体淬火溶液中，三醋酸纤维素的质量分数2～5％，聚甲基丙烯酸甲酯的质量分1～2％，钛酸异丙酯的质量分数为0.4～1％。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞来，胡家朋，林皓，徐婕，
申请(专利权)人：晋江瑞碧科技有限公司，武夷学院，
类型：发明
国别省市：福建,35