[發明專利]一種纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710399040.1
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107331865B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 牛慶媛;高可政;王力臻;韓莉鋒
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/36;H01G11/44;B82Y40/00
• 代理公司: 41137 鄭州博派知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 伍俊慧

本發明涉及一種纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料制備方法，屬于碳電極材料技術領域。本發明的纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的制備方法，包括如下步驟：將纖維素納米纖維懸浮液與絲素蛋白溶液混合均勻得到復合懸浮液；在鹽酸蒸汽中處理1?12h，制得纖維素納米纖維/絲素蛋白復合水凝膠；在液氮中冷凍5?60min然后冷凍干燥，制得復合氣凝膠；在保護氣氛下，700?1300℃下碳化1?8h，然后活化，即得。本發明的方法制得的纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料電極材料具有尺寸大、柔韌性好、多孔等特點，還具有2D石墨烯形貌的微觀結構形貌。

技術領域

本發明涉及一種多孔氮摻雜碳納米片電極材料，尤其涉及一種纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的制備方法，屬于碳電極材料技術領域。

背景技術

目前，新型儲能器件如超級電容器、鋰離子電池、鎳氫電池等廣泛采用碳納米材料作為其電極材料。作為儲能器件電極材料的碳納米材料，一般都具有良好的導電性能、電化學穩定性及良好的加工性能。但是，隨著新能源技術和產業的發展，儲能器件對電極材料的要求也越來越高。例如，電動車產業和新型儲能產業的發展，對儲能器件的能量密度、充放電倍率和循環壽命都提出了更高的要求，傳統的碳電極材料已經無法充分滿足這些需求。

與傳統碳電極材料相比，以石墨烯為代表的2D碳納米材料具有比表面積大、擴散距離短等特點，許多研究表明，2D碳納米材料非常適合于作新型儲能器件的電極材料，能夠滿足新型儲能產業發展對電極材料的性能要求。

碳納米片是一種具有類石墨烯結構的新型2D碳納米材料，具有非常高的比表面積和優良的導電性能。碳納米片的厚度一般在10-100nm，大大減小了導電粒子的擴散距離，作為電極材料時具有較好的倍率性能。而且，與石墨烯相比，碳納米片還具有成本低、不易團聚的優點，便于加工和產業化生產。

現有技術中碳納米片的制備多是以具有石墨相的材料為原料，原料要求較高，如申請公布號為CN106517115A的發明專利中公開的密閉氧化法制備石墨相氮化碳納米片的方法，這種方法對原料要求較高，而且制得的氮化碳納米片易出現材料片層厚度不均勻，比表面積較低等缺點。

申請公布號為CN106517179A的發明專利中公開了一種碳納米片矩陣材料的制備方法，該方法以木質素為原料，并配以間苯二酚、甲醛和碳酸鈉等，先制備木質素凝膠，然后在600℃下碳化制得凝膠碳化物，之后用氯化鎂處理后洗滌干燥得到碳納米片矩陣材料。這種方法得到的納米片厚度小，比表面積大，非常適合于作儲能器件的電極材料。但是，這種方法使用的原料種類較多，容易在中間產物和最終產物中引入不同種類的雜質，不利于獲得尺寸大、多孔的碳納米片，也不利于提高材料的容量。

發明內容

本發明實現了利用天然高分子材料制備高性能多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的目標，提供一種纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的制備方法。

本發明的目的是通過下述技術方案來實現的：

一種纖維素納米纖維/絲素蛋白基多孔氮摻雜2D碳納米片電極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將纖維素納米纖維懸浮液與絲素蛋白溶液混合均勻，得到纖維素納米纖維/絲素蛋白復合懸浮液；所述纖維素納米纖維懸浮液中纖維素納米纖維與絲素蛋白溶液中的絲素蛋白的質量比為30-70:30-70；

2）將制得的纖維素納米纖維/絲素蛋白復合懸浮液在揮發有鹽酸的環境中處理1-12h，制得纖維素納米纖維/絲素蛋白復合水凝膠；

3）將制得的纖維素納米纖維/絲素蛋白復合水凝膠在液氮中冷凍5-60min，然后冷凍干燥，制得纖維素納米纖維/絲素蛋白復合氣凝膠；

4）將制得的纖維素納米纖維/絲素蛋白復合氣凝膠在保護氣氛下，700-1300℃下碳化1-8h，然后活化，即得。