本发明专利技术提供了一种纤维素纳米纤维膜基电极材料的制备方法。采用真空过滤的方法将氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺负载到纤维素纳米纤维膜上得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料。该柔性电极克服了单一碳基材料比电容低的缺点，大大提高了电极材料的比电容。将氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺负载到纤维素纳米纤维膜上，利用基底材料纤维素纳米纤维膜的柔性，从而使制备的电极具有可弯曲性能。从而使制备的电极具有可弯曲性能。从而使制备的电极具有可弯曲性能。
【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法
[0001]本专利技术涉及一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，属于功能高分子材料和电化学领域。
技术介绍
[0002]超级电容器又称为电化学电容器或功率电容器，是一种介于传统电容器和锂离子电池之间的一种新型储能器件。超级电容器具有充电时间短、循环使用寿命长、节能环保和安全系数高等优点，广泛应用于汽车、航空航天、军事和电子产品等领域。随着可穿戴、便携式电子设备的发展，柔性电子器件如柔性传感器、柔性发光二极管、柔性显示器等在日常生活中越来越普遍。相应的轻、薄、高能量和高功率的柔性储能装置成为当前研究的热点。柔性超级电容器因其独特的性能而得到广泛的关注。而柔性超级电容器的关键是柔性电极材料的制备。但目前现有的柔性电极材料制备工艺复杂、力学性能差等问题限制了柔性超级电容器的发展与应用。金属材料是最早用于制备柔性超级电容器基底的材料，这些材料容易腐蚀、化学稳定性差等问题限制了其进一步的使用。
[0003]高导电性的碳材料和石墨烯常被用于做柔性超级电容器的基底。例如Dong等人将碳纳米管均匀的分散在办公纸上得到碳纳米管/导电纸，以此导电纸电极组装的柔性电容器，在比功率为250Kw/kg时的比电容可达33F/g，循环2500次后，电容值几乎不变(Dong X,et al.Flexible and Wire
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Shaped Micro
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Supercapacitor Based on Ni(OH)2
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Nanowire and Ordered Mesoporous Carbon Electrodes.Advanced Functional Materials,2014,24,3405)。Yushin等人采用电沉积的方法将聚苯胺负载在非纺织的碳纳米管上，得到聚苯胺/碳纳米管复合物柔性膜。将其作为对称型超级电容器，该电容器的体积比电容高达308F/cm3，循环30000圈后比电容几乎保持不变(Benson J,et al.Multifunctional CNT
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Polymer Composites for Ultra
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Tough Structural Supercapacitors and Desalination Devices,Advanced Materials,2013,25,6625)。Wei等人设计和制备了多孔的三维石墨烯自支撑柔性电极。采用原位聚合的方法，在三维石墨烯骨架表面包覆聚苯胺纳米阵列，即得到三维石墨烯/聚苯胺柔性电极。电流密度为0.5A/g时的质量比电容可到达385F/g，主要由于此柔性电极具有相互连通的三维多孔结构，有利于电解液的快速扩散(MengYN,et al.Hierarchical Porous Graphene/Polyaniline Composite Film with Superior Rate Performance for Flexible Supercapacitors.Advanced Materials,2013,25,6985)。然而这些材料对活性物质的负载量低，也不能成为最佳的柔性基底材料。如何开发机械性能强、化学性能稳定、活性负载量高的柔性电极材料成为研究热点。
技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于提供一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0007]分别制备氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺和纤维素纳米纤维膜；
[0008]将所述纤维素纳米纤维膜浸泡在乙醇溶液中，加入氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺，真空过滤得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料，即所述的纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料。
[0009]作为优选方案，所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺的制备方法为：
[0010]制备氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯；
[0011]将所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯分散到质量浓度为24％的浓氨水中，在90～100℃下进行水热反应后，经过洗涤和真空干燥，得到氮掺杂多孔碳纤维/氨基改性石墨烯；
[0012]将所述氮掺杂多孔碳纤维/氨基改性石墨烯、异丙醇、蒸馏水、盐酸溶液和苯胺混匀后，在冰水浴的条件下滴加过硫酸铵水溶液，反应后，得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺。
[0013]作为优选方案，所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯的制备方法为：
[0014]将聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯溶解在N,N'
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二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液，将前驱体溶液在
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50～
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10℃下冷冻80～150min，除去溶剂N,N'
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二甲基甲酰胺，冷冻干燥得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维；
[0015]将石墨烯分散在乙醇中，加入聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维，分散均匀后，再依次加入吡咯、过硫酸铵溶液，在3～6℃下反应5h，洗涤、干燥，得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/聚吡咯纳米纤维/石墨烯复合物；
[0016]将所述聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/聚吡咯纳米纤维/石墨烯复合物用NH4Cl溶液活化、洗涤、干燥，氮气保护下，从25℃升温到250～300℃，保温120～180min，接着从250～300℃升温到900～1100℃，保温120～180min，得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯。
[0017]作为优选方案，所述前驱体溶液中，聚丙烯腈的质量浓度为5～10％，聚甲基丙烯酸甲酯的质量浓度为1～2％。
[0018]作为优选方案，所述聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维与吡咯的质量比为(5～10)：(1～3)。
[0019]作为优选方案，所述纤维素纳米纤维膜的制备方法为：
[0020]将三醋酸纤维素溶解于N,N'
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二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液；
[0021]将所述前驱体溶液在
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40～
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20℃下冷冻80～150min，除去溶剂N,N'
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二甲基甲酰胺，冷冻干燥，接着浸泡于氢氧化钠/乙醇溶液中，最后洗涤、干燥得到纤维素纳米纤维膜。
[0022]作为优选方案，所述前驱体溶液中，三醋酸纤维素的质量浓度为5～10％。
[0023]一种由前述的制备方法得到的纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料。
[0024]本专利技术的基本原理为：
[0025]1)首先配制聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯前驱体淬火溶液，通过淬火使聚合物结晶得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维，将纳米纤维与石墨烯复合得到复合物。以过硫酸铵为引发剂、吡咯为单体，聚合得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/聚吡咯纳米纤维/石墨烯复合物。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：分别制备氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺和纤维素纳米纤维膜；将所述纤维素纳米纤维膜浸泡在乙醇溶液中，加入氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺，真空过滤得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料，即所述的纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料。2.如权利要求1所述的纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺的制备方法为：制备氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯；将所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯分散到质量浓度为24％的浓氨水中，在90～100℃下进行水热反应后，经过洗涤和真空干燥，得到氮掺杂多孔碳纤维/氨基改性石墨烯；将所述氮掺杂多孔碳纤维/氨基改性石墨烯、异丙醇、蒸馏水、盐酸溶液和苯胺混匀后，在冰水浴的条件下滴加过硫酸铵水溶液，反应后，得到氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯接枝聚苯胺。3.如权利要求2所述的纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂多孔碳纤维/石墨烯的制备方法为：将聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯溶解在N,N'
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二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液，将前驱体溶液在
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50～
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10℃下冷冻80～150min，除去溶剂N,N'
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二甲基甲酰胺，冷冻干燥得到聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维；将石墨烯分散在乙醇中，加入聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维，分散均匀后，再依次加入吡咯、过硫酸铵溶液，在3～...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡家朋，刘瑞来，杨鑫，
申请(专利权)人：武夷学院，
类型：发明
国别省市：
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