[發明專利]一種復合微納中空纖維材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911347006.5
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111088562B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 于樂;李念武;陳晨;何心
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/21;D01F1/08;D01F1/10;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 黃越;黃海麗

1.一種復合微納中空纖維材料，其特征在于，所述材料為內部包裹有金屬單質、合金、或金屬化合物基多孔中空納米棱柱的碳納米纖維，所述金屬化合物為金屬硫化物、金屬磷化物、金屬硒化物中的至少一種；

所述金屬化合物含有鐵、鎳、鈷中的至少一種金屬元素；所述合金含有鐵、鎳、鈷中的至少兩種金屬元素；所述金屬單質為鐵、鎳、鈷中的任一種；

所述多孔中空納米棱柱的長度為0.5～3μm，寬度為0.1～1μm。

2.根據權利要求1所述的復合微納中空纖維材料，其特征在于，當所述金屬化合物或合金中含有兩種金屬元素時，所述兩種金屬元素的摩爾比為1:9～9:1。

3.根據權利要求1所述的復合微納中空纖維材料，其特征在于，所述碳納米纖維內部包括鎳鈷基硫化物、或鎳鈷基磷化物、或鎳鈷基硒化物中的至少一種的多孔中空納米棱柱，或鎳/鈷金屬單質多孔中空納米棱柱，或鎳鈷合金多孔中空納米棱柱。

4.根據權利要求1-3任一項所述的復合微納中空纖維材料，其特征在于，所述纖維的直徑為2～3μm。

5.權利要求1-4任一項所述的復合微納中空纖維材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)將聚乙烯吡咯烷酮及金屬醋酸鹽溶于醇類溶劑中，形成混合溶液，加熱反應得到金屬基醋酸鹽氫氧化物前驅體；

S2)將步驟S1)所得金屬基醋酸鹽氫氧化物前驅體與成纖聚合物分別分散于酰胺類溶劑中，分別形成兩種前驅體溶液，將兩種前驅體溶液混合得到紡絲液，通過靜電紡絲，將紡絲液制成微納纖維所組成的薄膜材料；

S3)將步驟S2)所得薄膜材料分別與硫源、磷源、硒源中的至少一種共同在惰性氣氛下進行高溫退火處理，或所得薄膜材料直接在惰性氣氛下進行高溫退火處理，制得內部包裹有金屬硫化物多孔中空納米棱柱、磷化物多孔中空納米棱柱、或硒化物多孔中空納米棱柱中至少一種，或金屬單質多孔中空納米棱柱，或合金多孔中空納米棱柱的復合微納中空纖維材料。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中，所述金屬醋酸鹽選自鐵、鎳、鈷中至少一種的醋酸鹽。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中所述聚乙烯吡咯烷酮的數均分子量為10000～58000。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中所述醇類溶劑選自甲醇、乙醇或丙醇。

9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中所述混合溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質量分數為0.5％～5％。

10.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S1)中所述混合溶液中金屬醋酸鹽的質量分數為0.1％～3％。

11.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中所述紡絲液中金屬基醋酸鹽氫氧化物前驅體及成纖聚合物的質量分數相同或不同，彼此獨立地為5％～30％。

12.根據權利要求5-11任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中所述成纖聚合物為聚丙烯腈或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種。

13.根據權利要求5-11任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中所述靜電紡絲過程中所加工作電壓為10～25kV。

14.根據權利要求5-11任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中靜電紡絲的溫度為20～70℃。

15.根據權利要求5-11任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟S2)中靜電紡絲收集距離為10～30cm。