[發明專利]一種高強度、高儲氫量的石墨烯基碳纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201710790097.4
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN109423702B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 喬金樑;李墨宸;張曉紅;王湘;戚桂村;宋志海;蔡傳倫;賴金梅;李秉海;蔣海斌;張江茹;茹越;高建明;張紅彬;韓朋;劉文璐
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01F1/10;D01F11/10
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 趙宇

本發明涉及碳材料領域的一種高強度、高儲氫量的石墨烯基碳纖維及其制備方法。所述高強度、高儲氫量石墨烯基碳纖維其纖維主體由石墨烯和無定形碳構成，其中所述石墨烯占纖維主體的含量為60～100wt％；所述纖維主體上或者還生長有碳納米管，在纖維主體或者在纖維主體以及在其上生長的碳納米管上修飾有金屬顆粒；以所述石墨烯基碳纖維總重量為100wt％計，所述金屬顆粒的含量為0～30wt％；所述碳納米管的含量為0～300wt％。所述石墨烯基碳纖維是通過采用溶液紡絲法將氧化石墨烯水溶液與聚合物溶液混合的紡絲液進行紡絲得到氧化石墨烯基初始纖維，然后將該初始纖維進行碳化而得到的。制備方法簡單，性能優異，可應用于儲氫材料以及新能源汽車等領域。

技術領域

本發明涉及碳材料領域，進一步說，本發明涉及一種高強度、高儲氫量的石墨烯基碳纖維及其制備方法。

背景技術

隨著世界經濟發展和人口持續增加，人類對于能源的需求日益顯著。大規模石油、煤炭以及天然氣等化石能源的使用導致能源危機和環境污染問題日益顯著，開發利用太陽能、風能、生物質等可再生新能源逐漸成為人們研究的重點。其中氫能作為高效、清潔、可持續的綠色能源得到世界的廣泛關注，而制約其工業化的關鍵是發展儲氫技術。當前儲氫技術的研究重點為開發新型、高效、安全的儲氫材料及綜合性能評估方面。如果儲氫問題能夠得到解決，清潔、無污染的氫燃料動力汽車將會替代現有傳統汽車，帶來汽車產業的革命性進展。

儲氫材料主要包括金屬氫化物、金屬有機物骨架以及活性炭等。碳材料以其質量輕、比表面積大、化學性質穩定等物理化學性質備受關注。為了增強碳材料的儲氫量，通常對碳材料進行雜原子摻雜或者金屬修飾，利用雜原子的強電負性以及金屬產生的氫溢流效應提升碳材料的儲氫量。即便如此，現有材料仍然存在室溫儲氫量不高、實驗可控性較差、儲氫條件苛刻等諸多問題。因此如何制備常溫常壓下對氫氣具有高吸附性的碳材料，成為亟待解決的問題。

Bhowmick等人研究表明(Bhowmick R,Rajasekaran S,Friebel D,et al.,Hydrogen spillover in Pt-single-walled carbon nanotube composites:formationof stable C-H bonds[J],J.Am.Chem.Soc.2011,133(14):5580-5586)，Pt負載單壁碳納米管在室溫下具有1.2wt％的氫氣吸附量。此外，Zhou等人(Zhou C,Szpunar J A,Cui X,Synthesis of Ni/graphene Nanocomposite for Hydrogen Storage[J],ACSAppl.Mater.Interfaces 2016)利用Ni與石墨烯復合制備納米復合材料，在室溫和1bar下氫氣吸附量達到0.14wt％。該文獻中所制備材料為粉末狀，使用前需要負載在其他材料表面，從而降低了材料的氫氣吸附量以及使用成本。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種高強度和/或高儲氫量石墨烯基碳纖維。具體地說涉及一種高強度和/或高儲氫量石墨烯基碳纖維及其制備方法。

本發明目的之一的一種高強度、高儲氫量石墨烯基碳纖維，其纖維主體由石墨烯和無定形碳構成；所述纖維主體上或者還生長有碳納米管，并且在纖維主體或者在纖維主體以及生長在其上的碳納米管上修飾有金屬顆粒。

具體地，

所述石墨烯占纖維主體的含量為60～100wt％，優選70～99.5wt％，更優選80～99wt％；

以所述石墨烯基碳纖維總重量為100wt％計，所述金屬顆粒的含量為0～30wt％，優選為0.2～20wt％，更優選為0.5～10wt％；

優選地，當纖維主體中所述石墨烯占纖維主體的100wt％時，所述纖維主體上生長有碳納米管；以所述石墨烯基碳纖維總重量為100wt％計，所述金屬顆粒的含量大于0wt％，小于等于30wt％；優選為0.2～20wt％，更優選為0.5～10wt％。