[發明專利]一種碳纖維柔性電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810394423.4
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108550471B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李翠艷;許釗;歐陽海波;暢麗媛;黃劍鋒;費杰
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/42;H01G11/86
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種碳纖維柔性電極材料及其制備方法，將生物質碳源溶于水中，配制碳源溶液；將碳纖維預制體和碳源溶液放入水熱釜中在均相反應器中反應，得到碳纖維骨架；將硅粉和硅藻土混合，配制硅源；將硅源、鎳片和碳纖維骨架逐層放入石墨坩堝中，再將石墨坩堝放入氬氣氣氛下，1200～1400℃下進行反應2～3h，冷卻得到柔性電極材料。本發明制備的復合材料不僅具有高的強度，高的比表面積、而且還具賦予了復合材料高的催化活性。本發明提供了一種簡單、高效、低成本制備柔性Ni基催化電極的方法。

技術領域

本發明所提供一種碳纖維柔性電極材料及其制備方法，屬于納米復合材料領域。

背景技術

隨著科技的發展和市場的需求，人們對電極的追求不僅僅停留于導電性、穩定性和耐腐蝕性等方面，還需要它們具備靈活、輕薄等特點，從而推動了柔性電極的發展。柔性電極是指具有機械柔性的電極，按照組成可以分為兩類：一類是自身具有柔性的單一型導電體，如金屬的電紡絲、碳纖維、結構型導電高分子聚合物等；另一類則是以柔性材料為基體，在其表面修飾或者體內摻雜導電體復合而形成的復合型柔性電極，這一類柔性電極的典型代表就是復合型的導電高分子薄膜電極，如碳納米材料/高分子材料、金屬/高分子材料等；而由于后者工藝簡單、價格低、導電性與機械靈活性可控等特點使其在應用與研究方面更加廣泛。

碳纖維作為柔性電極中最典型的一種材料，其含碳量達到95％以上，它具有獨特的柔韌性、高的導電性、較低的密度(1.75～2.18g/cm³)、大的比表面積以及強的化學穩定性，擁有新型柔性電極材料最重要的柔軟、輕薄的特點，從而使得碳纖維復合材料在電催化、電化學傳感器以及柔性超級電容器方面具有廣闊的應用前景。

碳化硅(SiC)具有理想的帶隙、高的抗光腐蝕與化學腐蝕性等優異的特性，已經成為國內外光電催化領域的研究熱點之一，鎳基催化劑作為一種被廣泛研究的電催化材料，具有優異的催化活性、穩定性高等優點。采用金屬與半導體復合是改善半導體催化劑催化性能的有效手段之一，將碳化硅和鎳復合，設計合成鎳/碳化硅復合材料，利用耦合效應，使得復合材料具有更高電化學性能，對于復合材料電極在催化氧化領域的實際應用具有一定的意義。

目前已經有很多鎳基復合材料制備方法，如一步合成法、化學氣相沉積法、磁控濺射等。ChuangZhao等人利用一步合成法合成Ni/GO納米微球，研究表明Ni/GO納米微球對羅丹明B的去除效率約為90％。[Applied Surface Science,2015,357:22-30.]。但實驗過程中氧化石墨烯的價格昂貴，水合肼具有很強的還原性，強堿性和一定的毒性。

中國發明專利201611021461.2報道了一種碳纖維負載納米級雙金屬PtCo催化電極制備方法及其應用，將碳纖維浸漬在氯鉑酸和硝酸鈷的混合液中，在管式爐中氫氣氛圍下反應得到納米級雙金屬PtCo催化電極。該方法在制備納米級雙金屬PtCo催化電極過程時涉及氯鉑酸，氯鉑酸價格比較昂貴，屬酸性腐蝕品，加熱至360℃時，分解成氯化氫氣體，有一定的毒性；反應過程中涉及到易燃易爆氣體，具有一定的危險性。

中國發明專利200610117132.8報道了一種用于有機電化學合成過程的納米碳纖維電催化電極的制備，通過電化學方法在碳纖維上沉積金屬納米顆粒。該方法在制備納米碳纖維電催化電極過程中用到Nafion試劑，它屬于超酸，具有很強的腐蝕性，加熱會放出有毒性氣體，有一定的危險性。

中國發明專利201510300879.6報道了一種多孔鎳基碳纖維復合材料及其制備方法和用途，通過磁控濺射技術在碳纖維布襯底上沉積納米鎳金屬薄膜，而后利用電化學工作站通過循環伏安法將多孔鎳金屬薄膜的表層鎳氧化為氫氧化鎳得到所述多孔鎳基碳纖維復合材料。該方法在制備多孔鎳基碳纖維復合材料過程中涉及磁控濺射技術，機器設備和純金屬鎳靶材價格昂貴，實驗過程復雜。

鑒于以上缺陷，是有必要提供實有必要提供一種操作簡單，成本低Cf/SiC_NWs/Ni復合材料的制備方法以解決以上技術問題。

發明內容