[發明專利]多孔碳納米鏈材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410497054.3
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104269277A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 趙乃勤;張淼;劉恩佐;何春年;師春生;李家俊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/86;H01M4/38;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種多孔碳納米鏈材料及其制備方法，屬于碳納米材料技術。

背景技術

碳納米材料，由于具有大的比表面積，適宜的孔分布，良好的導電性以及良好的穩定性，在復合材料、鋰離子電池以及超級電容器等領域，具有良好的應用前景，因此得到了科研工作者們的廣泛關注。常用的碳納米材料有碳納米洋蔥、碳納米管、石墨烯等。碳納米洋蔥（Carbon?nano-onions,?CNOs,?又稱碳納米籠、洋蔥狀富勒烯）是由若干層同心石墨層球殼組成的碳原子簇，其相當于是長徑比為1:1的碳納米管，是碳納米管的一種特殊形式，由瑞士科學家Ugarte于1992年首先報道，其殼層間距約為0.34?nm。碳納米管（Carbon?Nanotubes,?CNTs）可以看作是石墨片沿固定矢量方向卷曲而成的封閉管，由日本學者Iijima于1991年首次發現。作為碳的同素異形體，由于碳納米洋蔥和碳納米管獨特的結構以及優異的導熱性和導電性，其在超級電容器電極材料中有著重要的應用價值。

目前現有的報道中，已有關于碳納米洋蔥以及碳納米管在超級電容器電極材料的相關應用。但是，他們在應用上也存在固有缺陷。碳納米洋蔥雖然具有大的比表面積以及合適的孔結構，但是其導電性低于碳納米管；同時，碳納米管具有優異的導電性，但是其比表面積略小。因此需找一種能夠結合兩者優勢的碳納米結構材料成為了超級電容器電極材料研究的熱點之一。目前，關于多孔碳納米鏈材料及其制備方法，尚未見到相關報道。

發明內容

本發明旨在提供一種多孔碳納米鏈材料及其制備方法，所述多孔碳納米鏈材料具有優良的孔結構、導電性以及化學穩定性，其制備方法過程簡單。

本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種多孔碳納米鏈材料，其特征在于，該材料是由類碳納米洋蔥單元串聯而成的鏈狀結構，鏈長分布在幾十納米到幾微米范圍內，鏈中每個鏈節單元均為橢球狀中空結構，且相鄰的兩個鏈節單元的連接處碳層處于非閉合狀態，鏈節單元平均直徑為5~20?nm，鏈節單元中碳層厚度為2~5?nm。

上述多孔碳納米鏈材料的制備方法，其特征在于包括以下過程：

1）在機械攪拌條件下，在無水乙醇中，按Fe(NO₃)₃·9H₂O與Ni(NO₃)₂·6H₂O摩爾比為（0.5~2）:?1，并且按Fe(NO₃)₃·9H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O的總質量與MgO的質量比為（0.05~0.1）:?1，配制成金屬鹽懸濁液；金屬鹽懸濁液在溫度40~60℃進行水浴攪拌，蒸出乙醇，經研磨后，得到Ni-Fe/MgO催化劑粉末；

2）將步驟1）制的Ni-Fe/MgO催化劑粉末置于方舟中，再將方舟平放于石英管式爐中，在流量為50~300?mL·min^-1的氬氣保護下，以4~20℃·min^-1的速率升溫至500~600℃后，并在50~200?mL·min^-1的氫氣中保溫60?min后，以4~20℃·min^-1的速率升溫至750~800℃，同時，以10~60?mL·min^-1向管式爐中通入甲烷氣體反應15~60?min；或以甲烷10~60?mL·min^-1、氬氣50~300?mL·min^-1的比例向管式爐中通入甲烷/氬氣的混合氣體反應15~60?min，最后在50~300?mL·min^-1的氬氣氣氛保護下，隨爐冷卻至室溫，用1?mol·L^-1稀鹽酸洗滌，再用去離子水清洗、干燥，得到內包覆Ni-Fe合金的碳納米鏈材料；

3）在手套箱中，將得到的內包覆Ni-Fe合金的碳納米鏈材料與KOH粉末以質量比1:（1~4）混合研磨，得到KOH/C混合物；