一种高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及碳材料领域的一种高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维及其制备方法。所述高强度、高储氢量石墨烯基碳纤维其纤维主体由石墨烯和无定形碳构成，其中所述石墨烯占纤维主体的含量为60～100wt％；所述纤维主体上或者还生长有碳纳米管，在纤维主体或者在纤维主体以及在其上生长的碳纳米管上修饰有金属颗粒；以所述石墨烯基碳纤维总重量为100wt％计，所述金属颗粒的含量为0～30wt％；所述碳纳米管的含量为0～300wt％。所述石墨烯基碳纤维是通过采用溶液纺丝法将氧化石墨烯水溶液与聚合物溶液混合的纺丝液进行纺丝得到氧化石墨烯基初始纤维，然后将该初始纤维进行碳化而得到的。制备方法简单，性能优异，可应用于储氢材料以及新能源汽车等领域。

A Graphene-based Carbon Fiber with High Strength and Hydrogen Storage and Its Preparation Method

The invention relates to a graphene-based carbon fiber with high strength and high hydrogen storage capacity in the field of carbon materials and a preparation method thereof. The graphene-based carbon fibers with high strength and high hydrogen storage are composed of graphene and amorphous carbon. The graphene content in the main body of the fibers is 60-100wt%. Carbon nanotubes are also grown on the main body of the fibers, and metal particles are modified on the main body of the fibers or on the main body of the fibers and on the carbon nanotubes grown thereon. The total weight is 100 wt%, the content of the metal particles is 0-30 wt%, and the content of the carbon nanotubes is 0-300 wt%. The graphene-based carbon fibers are obtained by spinning the graphene oxide-based initial fibers by solution spinning method, which is a spinning solution mixed with the polymer solution, and then carbonizing the initial fibers. The preparation method is simple and has excellent performance. It can be used in the fields of hydrogen storage materials and new energy automobiles.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维及其制备方法
本专利技术涉及碳材料领域，进一步说，本专利技术涉及一种高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维及其制备方法。
技术介绍
随着世界经济发展和人口持续增加，人类对于能源的需求日益显著。大规模石油、煤炭以及天然气等化石能源的使用导致能源危机和环境污染问题日益显著，开发利用太阳能、风能、生物质等可再生新能源逐渐成为人们研究的重点。其中氢能作为高效、清洁、可持续的绿色能源得到世界的广泛关注，而制约其工业化的关键是发展储氢技术。当前储氢技术的研究重点为开发新型、高效、安全的储氢材料及综合性能评估方面。如果储氢问题能够得到解决，清洁、无污染的氢燃料动力汽车将会替代现有传统汽车，带来汽车产业的革命性进展。储氢材料主要包括金属氢化物、金属有机物骨架以及活性炭等。碳材料以其质量轻、比表面积大、化学性质稳定等物理化学性质备受关注。为了增强碳材料的储氢量，通常对碳材料进行杂原子掺杂或者金属修饰，利用杂原子的强电负性以及金属产生的氢溢流效应提升碳材料的储氢量。即便如此，现有材料仍然存在室温储氢量不高、实验可控性较差、储氢条件苛刻等诸多问题。因此如何制备常温常压下对氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度、高储氢量石墨烯基碳纤维，其特征在于其纤维主体由石墨烯和无定形碳构成，其中所述石墨烯占纤维主体的含量为60～100wt％，优选70～99.5wt％，更优选80～99wt％；所述纤维主体上或者生长有碳纳米管，在纤维主体或者在纤维主体以及在其上生长的碳纳米管上修饰有金属颗粒；以所述石墨烯基碳纤维总重量为100wt％计，所述金属颗粒的含量为0～30wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高储氢量石墨烯基碳纤维，其特征在于其纤维主体由石墨烯和无定形碳构成，其中所述石墨烯占纤维主体的含量为60～100wt％，优选70～99.5wt％，更优选80～99wt％；所述纤维主体上或者生长有碳纳米管，在纤维主体或者在纤维主体以及在其上生长的碳纳米管上修饰有金属颗粒；以所述石墨烯基碳纤维总重量为100wt％计，所述金属颗粒的含量为0～30wt％。2.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于以所述石墨烯基碳纤维总重量为100wt％计，所述金属颗粒的含量为所述石墨烯基碳纤维重量的0.2～20wt％，优选为0.5～10wt％。3.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于其特征在于其纤维主体中所述石墨烯占纤维主体的100wt％；所述纤维主体上生长有碳纳米管；以所述石墨烯基碳纤维总重量为100wt％计，所述金属颗粒的含量大于0wt％，小于等于30wt％；优选为0.2～20wt％，更优选为0.5～10wt％。4.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于所述纤维主体的平均直径为0.1～50μm；优选为1～40μm；更优选为5～30μm。5.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于所述金属颗粒选自过渡金属颗粒，优选为铁、钴、镍、铜中的至少一种金属颗粒。6.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于所述金属颗粒的平均粒径为1nm～5μm；优选为0.05～2μm，更优选为0.1～1μm。7.根据权利要求1～6之一所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于所述碳纳米管含有氮元素，其中氮元素占碳纳米管的重量含量为0.1～30wt％，优选0.2～20wt％，更优选0.5～10wt％。8.根据权利要求1所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维，其特征在于所述石墨烯基碳纤维是通过采用溶液纺丝法将氧化石墨烯水溶液与聚合物溶液混合的纺丝液进行纺丝得到氧化石墨烯基初始纤维，然后将该初始纤维进行碳化而得到的。9.根据权利要求1～8之一所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，采用溶液纺丝法制备氧化石墨烯基初始纤维：将氧化石墨烯水溶液与聚合物溶液均匀混合得到纺丝液，随后注入凝固浴中形成凝胶纤维，将凝胶纤维干燥即得到氧化石墨烯基初始纤维；所述氧化石墨烯基初始纤维中的聚合物含量为0～50wt％，优选小于等于0.5～40wt％，更优选0.5～30wt％；所述凝固浴中含有金属盐作为溶质，所述溶质占凝固浴的浓度范围为0～15wt％；步骤二，碳化步骤一得到的氧化石墨烯基初始纤维，制备石墨烯基碳纤维：将所述氧化石墨烯基初始纤维经高温碳化，或者在碳源存在下高温碳化，制得所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维。10.根据权利要求9所述的高强度、高储氢量的石墨烯基碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔金樑，李墨宸，张晓红，王湘，戚桂村，宋志海，蔡传伦，赖金梅，李秉海，蒋海斌，张江茹，茹越，高建明，张红彬，韩朋，刘文璐，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11