[發明專利]一種石墨烯-碳復合納米纖維的制備方法

在審

• 申請號: 201810364566.0
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108589025A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 徐靜;郭菲菲;趙聯明;劉海軍;李靜;邢偉;閻子峰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: D04H1/43
• 分類號: D04H1/43;D04H1/728;D04H1/413;D06C7/04;C01B32/23
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張紅鳳

本發明公開了一種石墨烯?碳復合納米纖維的制備方法，其包括：向容器中依次加入鱗片石墨和酸，攪拌均勻后，向其中緩慢加入高錳酸鉀，開啟攪拌進行反應；向反應所得混合物中加入去離子水和雙氧水，繼續攪拌；通過離心、干燥得氧化石墨；然后將該氧化石墨加入到N,N?二甲基甲酰胺中，超聲分散；在磁力攪拌的過程中加入聚丙烯腈，使得PAN均勻溶于DMF，得紡絲溶液；將紡絲溶液轉移到相關設備進行紡絲；將得到的薄膜放置在空氣中進行預氧化，然后在氮氣中進行碳化，即得石墨烯?碳復合納米纖維。本發明可以將石墨烯的高比表面積、優異的導電率和CNFs的優異電導率和連續性結合起來共同提高電極材料的電容性能。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料制備技術領域，具體涉及一種石墨烯-碳復合納米纖維的制備方法。

背景技術

近年來在各種各樣的納米碳材料中，石墨烯和連續的碳納米纖維(CNFs)作為超級電容器電極材料受到持續增長的關注。其中石墨烯自身攜帶非常多的優良特性如優異的導電性、出眾的機械性能以及超高比表面積等，然而由于石墨烯片層之間存在強大的鍵相互作用，所制備的石墨烯材料中無可避免的存在堆疊的石墨烯片層從而使得其比表面積不高。眾多報道為了解決石墨烯片層堆疊的現象，采用石墨烯與多孔材料進行復合，然而由于石墨烯和石墨納米片自身具有的離散性質使其在多孔材料中疏松的排布，導致接觸電阻增大從而使得超級電容器能量和功率密度降低。綜上所述，希望有一種新興技術能夠解決上述情況并能得到超高比表面積的同時保持石墨烯片層間的導電率。

靜電紡絲技術在制備連續一維的聚合物、聚合物衍生碳、金屬、金屬氧化物和陶瓷等納米線的有效方法且成本低、可控性強。此外靜電紡絲可以提供多種途徑制備低成本、直徑和組分可調節的多孔納米線并可放大到工業生產以用于超級電容器和可再充電電池。其中通過靜電紡絲聚合物碳化后制備的連續CNFs具有極好的導電性、熱穩定性以及對電荷和熱的高連通性?，F有技術中利用靜電紡絲法制備石墨烯-碳復合納米纖維的研究報道很少，且其中還存在制備的CNFs的比表面積通低、導電率低等技術問題，這就限制了它在超級電容器中的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯-碳復合納米纖維的制備方法，其利用靜電紡絲方法將石墨烯和CNFs結合起來制備石墨烯-炭復合納米纖維，通過優化工藝條件及工藝參數，可以將石墨烯的高比表面積、優異的導電率和CNFs的優異電導率和連續性結合起來共同提高電極材料的電容性能。

其技術解決方案包括：

一種石墨烯-碳復合納米纖維的制備方法，依次包括以下步驟：

a制備氧化石墨，

向容器中依次加入鱗片石墨和酸，攪拌均勻后，向其中緩慢加入高錳酸鉀，開啟攪拌進行反應；

向反應所得混合物中加入去離子水和雙氧水，繼續攪拌；

通過離心、干燥得氧化石墨；

b通過靜電紡絲法制備石墨烯-碳復合納米纖維，

將步驟a所得氧化石墨加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超聲至完全分散；

在磁力攪拌的過程中加入聚丙烯腈，攪拌使得PAN均勻溶于DMF，得紡絲溶液；

將所述紡絲溶液轉移到塑料針管內，安裝在靜電紡絲機器上，以鋁箔作為接收屏，在25KV高電壓下，以1ml/h的速度進行紡絲；

將得到的薄膜放置在空氣中進行預氧化，然后在氮氣中進行碳化，即得石墨烯-碳復合納米纖維；

在步驟a中，所述的酸為濃硫酸和磷酸，二者體積比為9:1；所述的鱗片石墨與所述的濃硫酸的重量體積配比為1:120g/mL，所述的鱗片石墨與高錳酸鉀的質量配比為1:6。