[發(fā)明專利]一種酸堿協(xié)同催化碳纖維摻雜碳?xì)饽z及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810352561.6
• 申請(qǐng)日: 2018-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108409352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許躍龍;劉振法;任斌;王莎莎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北省科學(xué)院能源研究所
• 主分類號(hào): C04B35/83
• 分類號(hào): C04B35/83;C04B38/00
• 代理公司: 石家莊新世紀(jì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 張曉龍

本發(fā)明涉及一種酸堿協(xié)同催化碳纖維摻雜碳?xì)饽z，其具備如下參數(shù)：比表面積600?1100m²/g，孔徑分布2.0～10.0nm，孔容0.40～1.00cm³/g，比電容90～260F/g。本發(fā)明還涉及上述碳?xì)饽z的制備方法：（1）有機(jī)濕凝膠制備；（2）溶劑置換；（3）常壓干燥；（4）高溫炭化。本發(fā)明的產(chǎn)品具有比表面積高、電阻率低、孔徑大小可控、易成型的優(yōu)點(diǎn)，該制備方法的制備周期短、成本較低、安全環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種酸堿協(xié)同催化碳纖維摻雜碳?xì)饽z及其制備方法。

背景技術(shù)

碳?xì)饽z作為一種具有豐富的孔洞、連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高比表面積和良好導(dǎo)電性能的新興納米非晶碳素材料，是近年來(lái)新型碳材料研究的熱點(diǎn)之一，最早于1994年由美國(guó)LawrenceLivemore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制開(kāi)發(fā)，由間苯二酚—甲醛聚合物凝膠裂解而制。自此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其制備和應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。

碳?xì)饽z常見(jiàn)的制備方法是：以間苯二酚和甲醛為原料在堿性催化劑的作用下形成凝膠，然后以二氧化碳為介質(zhì)進(jìn)行超臨界干燥制得有機(jī)氣凝膠，再將有機(jī)氣凝膠在惰性氣體保護(hù)下高溫?zé)峤饧吹锰細(xì)饽z。制備碳?xì)饽脑铣碎g苯二酚和甲醛以外，還有三聚氰胺和甲醛，酚醛樹(shù)脂和糠醛，線性高分子N-羥甲基丙烯酰胺與間苯二酚，混甲酚一甲醛，間甲酚-甲醛，2,4-二羥基苯甲酸-甲醛等。JI Yajun等用氫氧化鎂代替碳酸鈉作為制備碳?xì)饽z的催化劑，得到比表面積為700 m²?g^-1，比電容為123 F?g^-1的碳?xì)饽z樣品。Sung-Woo Hwang等將碳?xì)饽z經(jīng)CO₂活化以增加其微孔，得到了比電容高達(dá)220 F?g^-1的樣品。計(jì)亞軍等在碳?xì)饽z中加入硝酸鐵或硝酸鎳，得到的碳?xì)饽z形貌結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變，比電容也得到了顯著的提升，高達(dá)227.3 F?g^-1。Miller等采用氣相化學(xué)滲透法制備了銣-碳?xì)饽z復(fù)合電極，透射電鏡中可以看到納米銣顆粒均勻的分散在碳?xì)饽z的表面，在1 MH₂SO₄電解液中測(cè)試比電容能達(dá)到250 F?g^-1遠(yuǎn)高于未添加銣的95 F?g^-1，其體積比電容能達(dá)到140 F?cm^-3。

傳統(tǒng)方法制備的碳?xì)饽z由于其強(qiáng)度低、脆性大、炭化過(guò)程中體積收縮大等缺點(diǎn)，難以制備出大尺寸成型的碳?xì)饽z成品。因而近年來(lái)報(bào)道的在前驅(qū)體溶液中摻入增強(qiáng)體成為增強(qiáng)碳?xì)饽z硬度，完善碳?xì)饽z成型工藝的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種比表面積高、電阻率低、孔徑大小可控、易成型的酸堿協(xié)同催化碳纖維摻雜碳?xì)饽z及其制備方法，該制備方法具備制備周期短、成本較低、安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種酸堿協(xié)同催化碳纖維摻雜碳?xì)饽z，其具備如下參數(shù)：比表面積600-1100m²/g，孔徑分布2.0～10.0nm，孔容0.40～1.00cm³/g，比電容90～260F/g。

進(jìn)一步的，其通過(guò)如下步驟制備：

（1）有機(jī)濕凝膠制備：多羥基苯酚與甲醛按照物質(zhì)的量之比為1:2混合，加入去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35～40%的反應(yīng)液，再加碳纖維和羥乙基纖維素鈉，再加入抗壞血酸和碳酸鈉，將反應(yīng)液混合均勻后密封，保溫40～50℃充分反應(yīng)1～2天，制得濕凝膠。

所述碳纖維與多羥基苯酚的質(zhì)量比為1:100～300；所述羥乙基纖維素鈉與多羥基苯酚的質(zhì)量比為1:6～50；所述抗壞血酸與多羥基苯酚的摩爾比為1:5～20；所述碳酸鈉與多羥基苯酚的摩爾比為1:400～600。

（2）溶劑置換：將步驟（1）制備的濕凝膠浸泡于有機(jī)溶劑中進(jìn)行溶劑置換，每隔24小時(shí)更換一次有機(jī)溶劑，期間更換3～5次；