CN111463023A - 一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 - Google Patents
一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111463023A CN111463023A CN202010291269.5A CN202010291269A CN111463023A CN 111463023 A CN111463023 A CN 111463023A CN 202010291269 A CN202010291269 A CN 202010291269A CN 111463023 A CN111463023 A CN 111463023A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- nitrogen
- doped
- polyaniline
- nanoporous carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 88
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 7
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000002145 thermally induced phase separation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 32
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 15
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 7
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 7
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 5
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 5
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 claims description 4
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明通过热致相分离法制备PAN/TiO2复合纳米纤维，后通过一系列低温氧化、高温碳化、碳热还原、氯气反应得到纳米孔碳纤维。以纳米孔碳纤维为基体，苯胺为氮源，依次经过聚合、预氧化、高温碳化，得到氮掺杂纳米孔碳纤维。最后将苯胺聚合负载到氮掺杂纳米孔碳纤维上得到氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。该制备方法工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，无污染等特点，作为超级电容器电极具有很好的商业化前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，属于电化学和纳米材料领 域。
背景技术
随着经济和科技的快速发展，对煤、石油等化学能源的需求激增，导致对环境 污染越来越严重，因此环境友好的新型储能材料得到了广泛关注。超级电容器由于 具有高的功率密度和能量密度、充电速度快、生产成本低和环境友好等特点，得到 市场的青睐。电极材料的选择对超级电容器的性能起到了关键的作用。目前电极材 料主要采用碳基材料、过渡金属化合物和导电聚合物材料。碳基材料属于双电层电 容器，而过渡金属化合物和导电聚合物材料属于赝电容器，前者主要是在电解质与 电极之间产生双电层界面，而后者主要依靠电极表面的氧化还原电荷的转移来存储 电荷。相比于过渡金属化合物和导电聚合物材料，碳基材料因其廉价易得、工作温度 范围宽、比重小、化学稳定性高，比表面积大、孔隙结构发达、绿色环保等优点而备受 关注。然而碳基材料能量密度相对较低、并不能满足实际需求。如何进一步提高碳基材 料的比电容，提高其能量密度成为人们研究的关键。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法。
一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其包括如下步骤：
以聚丙烯腈和钛酸四丁酯为原料，利用热致相分离的方法制备PAN/TiO2纳米 纤维；
将所述PAN/TiO2纳米纤维在氩气的保护下，
由常温升温至230～250℃，保温120～150min后，继续升温至750～800℃，保温120～150min，再升温至1000～1200℃，保温120～150min，得到TiC纳米纤维，改 通氯气，反应180～240min后，改通氩气，自然冷却至常温，得到纳米孔碳纤维； 将所述纳米孔碳纤维、苯胺、盐酸和十二烷基磺酸钠混合，分散均匀后，滴加过硫 酸铵溶液，反应后，得到聚丙胺/纳米孔碳纤维；
将所述聚丙胺/纳米孔碳纤维用氯化铵水溶液活化后，经过洗涤和干燥，在氮气保护下，升温至250～300℃，保温120～150min，继续升温至950～1000℃，保温120～150min，得到氮掺杂纳米孔碳纤维；
将所述氮掺杂纳米孔碳纤维、苯胺、盐酸、十二烷基磺酸钠混合，分散均匀后， 滴加过硫酸铵溶液，反应后，得到所述氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。
作为优选方案，所述PAN/TiO2纳米纤维的制备方法为：
将聚丙烯腈和钛酸四丁酯溶解于N,N'-二甲基甲酰胺/冰醋酸混合溶剂中，得到前驱体溶液；
将所述前驱体溶液在-40～-20℃下冷冻120min，后放入蒸馏水中除去N,N'-二甲基甲酰胺/冰醋酸混合溶剂，冷冻干燥得到PAN/TiO2纳米纤维。
作为优选方案，所述前驱体溶液中，聚丙烯腈的质量分数为2～8％，钛酸四丁 酯的质量分数为0.3～0.8％。
作为优选方案，所述纳米孔碳纤维和苯胺的质量比为1：(2～5)。
作为优选方案，所述氮掺杂纳米孔碳纤维与苯胺的质量比为1：(10～20)。
本发明的基本原理为：
1、以聚丙烯腈为聚合物，钛酸四丁酯为前驱体，通过热致相分离制备PAN/TiO2复合纳米纤维，以PAN/TiO2纳米纤维为基体，通过低温氧化、高温碳化得到C/TiO2复合纳米纤维。
2、C/TiO2复合纳米纤维通过碳热还原得到TiC纳米纤维，TiC纳米纤维与氯气 反应得到纳米孔碳纤维。
3、以纳米孔碳纤维为基体，苯胺为氮源，依次经过聚合、预氧化、高温碳化，得 到氮掺杂纳米孔碳纤维。
4、将苯胺聚合负载到氮掺杂纳米孔碳纤维上得到氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺电极材料，碳纤维上含有大量纳米孔结构，大大提高了电极的比表面积，提高了电解质与电极之间的浸润性。
2、将氮掺杂到纳米孔碳纤维上，由于氮掺杂引入的含氮官能团能够带来准法拉第效应，有效提高电极的比容量。
3、氮掺杂纳米孔碳纤维负载聚苯胺，克服了单一碳基材料比电容低的缺点，大大提高了电极材料的比电容。
4、该制备方法工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，无污染等特 点，具有很好的商业化前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明制备的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺制备路线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，如图1所示，具 体包括如下步骤：
一、PAN/TiO2纳米纤维的制备
将1.4g聚丙烯腈(PAN)和0.15g钛酸四丁酯溶解于25g N,N'-二甲基甲酰胺 和0.75g冰醋酸混合溶剂中，在50℃下搅拌溶解，得到前驱体溶液；将前驱体溶液 在-20℃下冷冻120min，后放入蒸馏水中除去溶剂，冷冻干燥得到PAN/TiO2纳米 纤维；
二、纳米孔碳纤维
将PAN/TiO2纳米纤维放入管式炉中，在氩气保护下，从常温升温至240℃、保 温130min，接着从240℃升温至750℃、保温150min，从750℃升温至1100℃、 保温120min，得到TiC纳米纤维。改通氯气，接着反应180min，反应结束后，改 通氩气，自然降至常温，得到纳米孔碳纤维。
三、氮掺杂纳米孔碳纤维
将0.1g纳米孔碳纤维、0.2g苯胺、10g盐酸、0.2g十二烷基磺酸钠加入三口 烧瓶中，磁力搅拌形成混合液，将10g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液滴加到混合 液中，在3℃下反应5h后，得到聚苯胺/纳米孔碳纤维。将聚苯胺/纳米孔碳纤维用 质量浓度为0.5％的NH4Cl溶液活化、洗涤、干燥。氮气保护下，从25℃升温到280℃， 保温150min，接着从280℃升温到950℃，保温140min，得到氮掺杂纳米孔碳纤 维。
四、氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺
将0.05g氮掺杂纳米孔碳纤维、0.6g苯胺、7g盐酸、0.18g十二烷基磺酸钠 混匀后，滴加4g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液，在3℃下反应5h后，得到氮掺杂 纳米孔碳纤维/聚苯胺。
将本实施例得到的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺与乙炔黑和PTFE按8：1：1的质 量比混合在无水乙醇中，超声分散40min后，涂覆在泡沫镍上，于60℃真空干燥6h， 然后在10MPa压力下压片，制得氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺复合电极材料，对该电极 材料的电化学性能进行测试，在电流密度为1A/g条件下，比电容为420F/g，循环使用 800次后，电容为初始值的88.1％。
实施例2
本实施例提供了一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，具体包括如下步骤：
一、PAN/TiO2纳米纤维的制备
将1.3g聚丙烯腈(PAN)和0.13g钛酸四丁酯溶解于25g N,N'-二甲基甲酰胺 和0.75g冰醋酸混合溶剂中，在50℃下搅拌溶解，得到前驱体溶液；将前驱体溶液 在-30℃下冷冻120min，后放入蒸馏水中除去溶剂，冷冻干燥得到PAN/TiO2纳米纤 维；
二、纳米孔碳纤维
将PAN/TiO2纳米纤维放入管式炉中，在氩气保护下，从常温升温至250℃、 保温120min，接着从250℃升温至800℃、保温120min，从800℃升温至1200℃、 保温120min，得到TiC纳米纤维。改通氯气，接着反应180min，反应结束后，改 通氩气，自然降至常温，得到纳米孔碳纤维。
三、氮掺杂纳米孔碳纤维
将0.1g纳米孔碳纤维、0.3g苯胺、10g盐酸、0.2g十二烷基磺酸钠加入三口 烧瓶中，磁力搅拌形成混合液，将10g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液滴加到混合 液中，在4℃下反应5h后，得到聚苯胺/纳米孔碳纤维。将聚苯胺/纳米孔碳纤维用 质量浓度为0.5％的NH4Cl溶液活化、洗涤、干燥。氮气保护下，从25℃升温到 300℃，保温120min，接着从300℃升温到1000℃，保温120min，得到氮掺杂 纳米孔碳纤维。
四、氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺
将0.05g氮掺杂纳米孔碳纤维、0.8g苯胺、7g盐酸、0.18g十二烷基磺酸钠 混匀后，滴加入4g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液，在3℃下反应5h后，得到氮掺 杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。
将本实施例得到的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺与乙炔黑和PTFE按8：1：1的质 量比混合在无水乙醇中，超声分散40min后，涂覆在泡沫镍上，于60℃真空干燥6h， 然后在10MPa压力下压片，制得氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺复合电极材料，对该电极 材料的电化学性能进行测试，在电流密度为1A/g条件下，比电容为421F/g，循环使用 800次后，电容为初始值的84.2％。
实施例3
本实施例提供了一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，具体包括如下步骤：
一、PAN/TiO2纳米纤维的制备
将1.0g聚丙烯腈(PAN)和0.11g钛酸四丁酯溶解于25g N,N'-二甲基甲酰胺 和0.75g冰醋酸混合溶剂中，在50℃下搅拌溶解，得到前驱体溶液；将前驱体溶液 在-35℃下冷冻120min，后放入蒸馏水中除去溶剂，冷冻干燥得到PAN/TiO2纳米 纤维；
二、纳米孔碳纤维
将PAN/TiO2纳米纤维放入管式炉中，在氩气保护下，从常温升温至240℃、 保温120min，接着从240℃升温至800℃、保温140min，从800℃升温至1200℃、 保温120min，得到TiC纳米纤维。改通氯气，接着反应180min，反应结束后，改 通氩气，自然降至常温，得到纳米孔碳纤维。
三、氮掺杂纳米孔碳纤维
将0.1g纳米孔碳纤维、0.35g苯胺、10g盐酸、0.2g十二烷基磺酸钠加入三 口烧瓶中，磁力搅拌形成混合液，将10g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液滴加到混 合液中，在2℃下反应5h后，得到聚苯胺/纳米孔碳纤维。将聚苯胺/纳米孔碳纤维 用质量浓度为0.5％的NH4Cl溶液活化、洗涤、干燥。氮气保护下，从25℃升温 到300℃，保温120min，接着从300℃升温到1000℃，保温120min，得到氮掺 杂纳米孔碳纤维。
四、氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺
将0.05g氮掺杂纳米孔碳纤维、0.7g苯胺、7g盐酸、0.18g十二烷基磺酸钠 混匀后，滴加入4g浓度为0.3mol/L过硫酸铵溶液，在3℃下反应5h后，得到氮掺 杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。
将本实施例得到的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺与乙炔黑和PTFE按8：1：1的质 量比混合在无水乙醇中，超声分散40min后，涂覆在泡沫镍上，于60℃真空干燥6h， 然后在10MPa压力下压片，制得氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺复合电极材料，对该电极 材料的电化学性能进行测试，在电流密度为1A/g条件下，比电容为412F/g，循环使用 800次后，电容为初始值的86.2％。
对比例1
与实施例1不同之处为步骤一中钛酸四丁酯的添加量为0，其余条件不变，最终得到氮掺杂碳纤维/聚苯胺复合电极材料。该电极在电流密度为1A/g条件下，比电容为330 F/g，循环使用800次后，电容为初始值的86.1％。
对比例2
与实施例1不同之处省略步骤一和二，步骤三中采用商业购买碳纤维，代替纳米孔碳纤维，其余条件不变，最终得到氮掺杂碳纤维/聚苯胺复合电极材料。该电极在电流密 度为1A/g条件下，比电容为310F/g，循环使用800次后，电容为初始值的88.2％。
对比例3
与实施例1不同之处为省略步骤三和四，步骤五中直接采用纳米孔碳纤维，最终得到纳米孔碳纤维电极材料。该电极在电流密度为1A/g条件下，比电容为270F/g，循环 使用800次后，电容为初始值的83.1％。
对比例4
与实施例1不同之处为省略步骤四，步骤五中直接采用氮掺杂纳米孔碳纤维，最终得到氮掺杂纳米孔碳纤维电极材料。该电极在电流密度为1A/g条件下，比电容为330 F/g，循环使用800次后，电容为初始值的81.9％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以聚丙烯腈和钛酸四丁酯为原料，利用热致相分离的方法制备PAN/TiO2纳米纤维；
将所述PAN/TiO2纳米纤维在氩气的保护下，由常温升温至230～250℃，保温120～150min后，继续升温至750～800℃，保温120～150min，再升温至1000～1200℃，保温120～150min，得到TiC纳米纤维，改通氯气，反应180～240min后，改通氩气，自然冷却至常温，得到纳米孔碳纤维；
将所述纳米孔碳纤维、苯胺、盐酸和十二烷基磺酸钠混合，分散均匀后，滴加过硫酸铵溶液，反应后，得到聚丙胺/纳米孔碳纤维；
将所述聚丙胺/纳米孔碳纤维用氯化铵水溶液活化后，经过洗涤和干燥，在氮气保护下，升温至250～300℃，保温120～150min，继续升温至950～1000℃，保温120～150min，得到氮掺杂纳米孔碳纤维；
将所述氮掺杂纳米孔碳纤维、苯胺、盐酸、十二烷基磺酸钠混合，分散均匀后，滴加过硫酸铵溶液，反应后，得到所述氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺。
2.如权利要求1所述的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，所述PAN/TiO2纳米纤维的制备方法为：
将聚丙烯腈和钛酸四丁酯溶解于N,N'-二甲基甲酰胺/冰醋酸混合溶剂中，得到前驱体溶液；
将所述前驱体溶液在-40～-20℃下冷冻120min，后放入蒸馏水中除去N,N'-二甲基甲酰胺/冰醋酸混合溶剂，冷冻干燥得到PAN/TiO2纳米纤维。
3.如权利要求2所述的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中，聚丙烯腈的质量分数为2～8％，钛酸四丁酯的质量分数为0.3～0.8％。
4.如权利要求1所述的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，所述纳米孔碳纤维和苯胺的质量比为1：(2～5)。
5.如权利要求1所述的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂纳米孔碳纤维与苯胺的质量比为1：(10～20)。
6.如权利要求1所述的氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法，其特征在于，所述氯化铵水溶液的质量分数为0.5％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010291269.5A CN111463023B (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010291269.5A CN111463023B (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111463023A true CN111463023A (zh) | 2020-07-28 |
| CN111463023B CN111463023B (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=71679550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010291269.5A Active CN111463023B (zh) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | 一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111463023B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113345722A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种基于三聚氰胺海绵的柔性电极的制备方法 |
| CN113338038A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法及其用途 |
| CN113363085A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚噻吩/MnS复合材料及其电极的制备方法 |
| CN113363084A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚吡咯制备方法及用途 |
| CN113355918A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 微孔碳纤维接枝聚苯胺/CoNi2S4复合材料的制备方法及用途 |
| CN113628892A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-09 | 武夷学院 | 氮硫共掺杂氧化石墨烯接枝聚噻吩-co-吡咯/Co3O4电极材料的制备方法 |
| CN114743809A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-12 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法 |
| CN115161991A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-11 | 江苏米格新材料有限公司 | 一种全钒液流电池毡及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130280603A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Korea Institute Of Energy Research | Method of manufacturing anode active material, and anode and lithium battery using the anode active material |
| CN107417909A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-12-01 | 常州大学 | 一种氮掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法 |
| CN108962622A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-12-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种碳负极电极板的制备方法 |
-
2020
- 2020-04-14 CN CN202010291269.5A patent/CN111463023B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130280603A1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-24 | Korea Institute Of Energy Research | Method of manufacturing anode active material, and anode and lithium battery using the anode active material |
| CN107417909A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-12-01 | 常州大学 | 一种氮掺杂碳/聚苯胺复合材料的制备方法 |
| CN108962622A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-12-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种碳负极电极板的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PINGPING YU等: "Polyaniline Nanowire Arrays Aligned on Nitrogen-Doped Carbon Fabric for High-Performance Flexible Supercapacitors", 《LANGMUIR》 * |
| 林皓等: "电纺制备活性碳纳米纤维及其应用研究进展", 《化工进展》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113345722A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种基于三聚氰胺海绵的柔性电极的制备方法 |
| CN113338038A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-03 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法及其用途 |
| CN113345722B (zh) * | 2021-06-01 | 2022-09-06 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种基于三聚氰胺海绵的柔性电极的制备方法 |
| CN113363084A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚吡咯制备方法及用途 |
| CN113355918A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 微孔碳纤维接枝聚苯胺/CoNi2S4复合材料的制备方法及用途 |
| CN113363084B (zh) * | 2021-06-07 | 2022-07-26 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚吡咯制备方法及用途 |
| CN113355918B (zh) * | 2021-06-07 | 2022-07-29 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 微孔碳纤维接枝聚苯胺/ CoNi2S4复合材料的制备方法及用途 |
| CN113363085A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚噻吩/MnS复合材料及其电极的制备方法 |
| CN113628892A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-09 | 武夷学院 | 氮硫共掺杂氧化石墨烯接枝聚噻吩-co-吡咯/Co3O4电极材料的制备方法 |
| CN113628892B (zh) * | 2021-08-23 | 2022-09-30 | 武夷学院 | 氮硫共掺杂氧化石墨烯接枝聚噻吩-co-吡咯/Co3O4电极材料的制备方法 |
| CN114743809A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-12 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法 |
| CN114743809B (zh) * | 2022-04-29 | 2023-08-18 | 武夷学院 | 一种纤维素纳米纤维膜基柔性电极材料的制备方法 |
| CN115161991A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-11 | 江苏米格新材料有限公司 | 一种全钒液流电池毡及其制备方法 |
| CN115161991B (zh) * | 2022-07-22 | 2024-01-23 | 江苏米格新材料股份有限公司 | 一种全钒液流电池毡及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111463023B (zh) | 2021-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111463023B (zh) | 一种氮掺杂纳米孔碳纤维/聚苯胺的制备方法 | |
| CN108841174B (zh) | 氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法及其用途 | |
| CN108841175B (zh) | 多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法及用途 | |
| CN111463019B (zh) | 一种核-壳结构电极材料的制备方法 | |
| CN108103616B (zh) | 一种氮掺杂的木质素基碳纤维复合材料的制备方法 | |
| CN111118883B (zh) | 一种纤维素基碳纳米纤维复合材料及其制备和应用 | |
| CN111540612B (zh) | 一种有机/无机复合超级电容器的制备方法 | |
| CN108640113B (zh) | 一种基于生物基苯并噁嗪的氮、氧共掺杂多孔碳材料的制备方法 | |
| CN111235698A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳纤维材料的制备方法及其应用 | |
| CN108642885B (zh) | 活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法及用途 | |
| CN113338038B (zh) | 一种氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法及其用途 | |
| CN113363085B (zh) | 氮硫共掺杂碳纤维接枝聚噻吩/MnS复合材料及其电极的制备方法 | |
| CN113628892A (zh) | 氮硫共掺杂氧化石墨烯接枝聚噻吩-co-吡咯/Co3O4电极材料的制备方法 | |
| CN114864302B (zh) | 一种氮掺杂氧化石墨烯基柔性超级电容器的制备方法 | |
| CN108962622B (zh) | 一种碳负极电极板的制备方法 | |
| CN113355918B (zh) | 微孔碳纤维接枝聚苯胺/ CoNi2S4复合材料的制备方法及用途 | |
| CN114927355B (zh) | 碳纳米管接枝聚苯胺/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料的制备方法 | |
| CN113345722B (zh) | 一种基于三聚氰胺海绵的柔性电极的制备方法 | |
| KR101448211B1 (ko) | 질소 도핑 다공성 탄소소재 및 그 제조방법 | |
| CN111540611B (zh) | 一种三明治结构碳基超级电容器的制备方法 | |
| CN112670094B (zh) | 三氧化二铁纳米花修饰碳纤维复合材料及其制备方法、应用 | |
| CN114512350A (zh) | 一种具有自支撑的柔性碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN112897504A (zh) | 一种具有片层状形貌的多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN103044680B (zh) | 一种纳米有序结构聚苯胺/碳纤维复合材料的合成方法 | |
| CN113512202B (zh) | 一种中空碳纳米线接枝聚苯胺的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210901 Address after: 354300 No. 86, Chachang resettlement new area, Wuyishan City, Nanping City, Fujian Province Applicant after: WUYISHAN BIKONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: WUYI University Address before: 362201 room 402, building 10, Tianyue, AVIC City, Meiling street, Jinjiang City, Quanzhou City, Fujian Province Applicant before: JINJIANG RUIBI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: WUYI University |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |