[發(fā)明專利]一種納米碳改性中空活性炭微管及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111170307B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 張永毅;曹玉芳;周濤;周世武;邸江濤;李清文
• 申請（專利權）人: 江西省納米技術研究院
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C01B32/159;C01B32/184;H01G11/24;H01G11/36;H01G11/86;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開了一種納米碳改性中空活性炭微管及其制備方法與應用。所述制備方法包括：將天然中空纖維浸漬于親水性溶液中，再經(jīng)干燥和脆斷處理，獲得親水性中空纖維；之后將所獲親水性中空纖維真空浸漬于碳材料分散液中進行水熱反應，再經(jīng)后處理獲得碳材料改性中空纖維；然后將所獲碳材料改性中空纖維真空浸漬于活性劑水溶液中，再經(jīng)高溫活化炭化處理獲得納米碳改性中空活性炭微管。本發(fā)明制備的納米碳改性中空活性炭微管具有比表面高積、孔結構發(fā)達、導電性好等優(yōu)點，同時本發(fā)明制備的納米碳改性中空活性炭微管于制備超級電容器、鋰硫電池、太陽能電池等儲能器件。

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種納米碳改性中空活性炭微管及其制備方法與應用。

背景技術

活性碳因其低成本、高比表面積、孔隙結構發(fā)達、表面化學豐富而成為超級電容器的熱門電極材料。目前大量的工作研究采用天然生物質為碳源，采用氫氧化鉀、磷酸等強的活化劑，通過惰性氣體下高溫炭化活化，制備高比表面積活性炭。天然生物質具有多種多樣獨特的結構形貌，是制備不同微觀結構活性炭的模板。例如利用天然中空纖維為碳源和模板，制備具有獨特中空空腔結構的活性炭微管。一維的中空空腔及管壁上發(fā)達的孔隙結構有利于提高超級電容器的倍率性能。然而由于在活性炭材料制備中的高溫活化，雖然可以大幅度提高比表面積，但同時對生物質天然的微觀結構破壞嚴重造成無序的孔結構且不利于活性炭導電性的提高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種納米碳改性中空活性炭微管及其制備方法與應用，以克服現(xiàn)有技術的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種納米碳改性中空活性炭微管的制備方法，其包括：

將天然中空纖維浸漬于親水性溶液中，再經(jīng)干燥和脆斷處理，獲得親水性中空纖維；

將所獲親水性中空纖維真空浸漬于碳材料分散液中發(fā)生水熱反應，再經(jīng)后處理獲得碳材料改性中空纖維；

以及，將所獲碳材料改性中空纖維真空浸漬于活性劑水溶液中，再經(jīng)高溫活化炭化處理獲得納米碳改性中空活性炭微管。

本發(fā)明實施例還提供了前述方法制備的納米碳改性中空活性炭微管，所述納米碳改性中空活性炭微管包括納米碳和中空活性炭微管，所述納米碳通過物理和/或化學吸附在中空活性炭微管內壁和/或外壁。

進一步的，所述納米碳改性中空活性炭微管的比表面積為500-2500m²/g，孔徑為1.5-10nm，電阻率為20-80Ω/m。本發(fā)明實施例還提供了前述納米碳改性中空活性炭微管于制備儲能器件中的用途。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1)采用天然中空纖維生物質為碳源和模板，制備高比表面積、孔結構發(fā)達的中空活性炭微管；

2)采用二維氧化石墨烯或一維預氧化單壁碳納米管濕法自組裝在天然中空纖維表面，一方面避免中空纖維結構在高溫炭化活化過程中坍塌，有利于天然形貌的保持；另一方面經(jīng)過高溫炭化活化，二維氧化石墨烯或一維預氧化單壁碳納米管還原為石墨烯或單壁碳管，有利于活性炭微管導電性的提高；

3)制備的納米碳改性中空活性炭微管具有天然中空一維結構、高的比表面積、發(fā)達的孔結構、優(yōu)異的導電性、三維電子傳輸及離子傳輸路徑，可直接應用于高倍率超級電容器；此為可作為導電碳骨架，與其他活性物質復合，應用在其他儲能領域，包括鋰硫電池、太陽能電池。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。