[發明專利]一種介孔碳納米纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201310213671.1
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103274387A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 韓高義;劉朝陽;常云珍
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及多孔材料的制備，特別涉及一種介孔碳納米纖維的制備方法。

背景技術

介孔碳是最近發現的一類新型的非硅基介孔材料，由于它具有巨大的表面積和孔體積，非常有望在催化劑載體、電極材料、儲氫材料等方面得到重要的應用，因此受到高度重視（J.Mater.Chem.,2004,14,478）。介孔碳材料因其規整的孔道結構和較大的孔容量以及良好的導電性能被廣泛用于電池的電極材料和雙電層電容器。具有介孔結構的多孔碳有著相對短的擴散路徑能夠方便客體分子的傳輸，因此這種碳材料對提高反應效率、解決擴散阻力太大而引起的傳質問題有明顯的功效。介孔碳具有較好的孔徑分布，平均孔徑大于2nm，對于孔道排列規則有序的介孔碳，電解質離子可以在孔隙中做自由的遷移運動，能夠快速的形成雙電層，因此具有較強的充、放電能力，并顯示出優異的雙電層電容性能。介孔碳因其比表面積大、孔徑分布適中、導電性良好等特點成為雙電層電容器的理想電極材料。介孔碳材料的常用制備方法包括:化學活化法（Micropor.Mater.,1995,3,603）、催化活化法(Carbon,2012,50,2824)、溶膠凝膠法(Langmuir,1996,12,6167)、介孔硅模板法(Applied?Energy,2012,100,66)以及表面活性劑模板法(Chem.Soc.Rev.,2011,40,3854)等。碳納米纖維的連續性及其特有的堆積孔結構，不僅有利于雙電層電容器中電解質的擴散和電荷的儲存（Carbon,2013,290）；而且碳納米纖維這種特殊的結構也有利于催化劑粒子更好地分散在纖維上，從而形成良好的連續導電結構使催化劑在電催化氧化時擁有較小的電荷傳遞電阻，更加有利于催化劑性能的提高（J?Power?Sources,2011,7973）。因此，制備一種結合了介孔碳和碳納米纖維各自優勢和特點的新型碳材料對于雙電層電容器和催化劑載體具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種介孔碳納米纖維的制備方法，該方法制備得到的介孔碳納米纖維具有比表面積大、孔徑分布適中、導電性能良好等特點。

本發明提供的一種介孔碳納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

1）靜電紡絲法制備復合纖維

向濃度為50～150mg/mL?SnCl₄·5H₂O的水溶液中滴加濃氨水，使之完全沉淀，之后將沉淀溶解在濃度為200mg/mL的檸檬酸溶液中，V_SnCl4·5H2O/V_{檸檬酸溶液}=1︰0.5，得到含有錫的前驅體溶液，最后按每1mL含有錫的前驅體溶液加入100mg聚乙烯醇的比例配制成電紡溶液，然后進行靜電紡絲得到復合纖維；

2）碳納米纖維的金屬刻蝕

將干燥的復合纖維轉移到管式爐中，在惰性氣氛中1000～1200℃加熱1～3小時；將熱處理后的復合纖維在濃鹽酸中浸泡至沒有氣泡產生，用蒸餾水洗滌至pH=6～7，烘干，得到介孔碳納米纖維（MCFs）。

步驟1）中V_SnCl4·5H2O/V_NH3·H2O=1︰0.05～0.3。

本發明制備得到的介孔碳納米纖維可用于催化劑載體和雙電層電容器的電極材料。作為催化劑載體可以大幅度提高催化劑催化氧化甲醇的活性、穩定性和抗中毒能力；作為雙電層電容器的電極材料，因其具有較高比電容和化學穩定性可滿足雙電層電容器快速充放電的要求。

與現有技術相比，本發明的優點：（1）不需要硅模板和表面活性劑模板，可以直接通過金屬刻蝕得到介孔碳納米纖維；（2）可以通過控制所添加的錫元素的含量來制備不同孔徑大小，不同比表面積的介孔碳納米纖維；（3）制備的材料比現有的催化活化法得到的孔徑分布均一；（4）得到的介孔碳納米纖維比表面積大，導電性好，可以作為催化劑載體和雙電層電容器的電極；（5）提供了在碳納米纖維上制造介孔的新方法，為碳納米纖維提供了新的潛在利用價值；（6）該方法制備過程簡單，易操作，廉價，符合批量生產的特點。

附圖說明

圖1為實施例1中的介孔碳納米纖維（MCFs）的SEM圖。

圖2為實施例2中的介孔碳納米纖維（MCFs）的TEM圖。

圖3為實施例3中的介孔碳納米纖維（MCFs）的氮氣等溫吸附脫附曲線圖。

圖4為實施例4中的介孔碳納米纖維（MCFs）的孔徑分布曲線。

圖5為以實施例5中的介孔碳納米纖維為載體合成的Pt-MCFs-60%催化劑的電催化氧化甲醇循環伏安曲線。