CN112467153A - 一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法 - Google Patents

一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法 Download PDF

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朱春玲
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Abstract

本发明提供一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：将棉纤维布室温浸泡在含有硝酸钴，硝酸锌，二甲基咪唑的去离子水溶液中；步骤二：棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h；步骤三：将棉纤维布和/或三聚氰胺放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料。本发明所需设备少，工艺流程简单、成本低。制备的内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料具有一定的机械性能，很好的稳定性，良好的功率和能量密度，具有优良的循环耐久性。

Description

一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法
技术领域
本发明涉及一种普适的具有多功能特性的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维的制备方法，属于多功能材料的制造领域。
背景技术
当今社会的发展主要依靠化石能源的支持，然而化石能源日渐衰减且再生缓慢，过度使用化石能源会引发严重污染问题。因此，大力发展清洁能源是稳定社会可持续发展的关键。内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米材料在能源器件领域和电磁波吸收领域具有潜在的应用价值。然而，目前将能量转换和存储能力及电磁波吸收性能集成到一个材料系统中依然存在一定的挑战。本发明提供了一种普适的具有多功能特性的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维的制备方法，可以拓展多功能材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的是为了提供了一种普适的具有多功能特性的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维的制备方法。为同时解决能量转换和存储及电磁波吸收问题提供有效的方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将棉纤维布室温浸泡在含有硝酸钴，硝酸锌，二甲基咪唑的去离子水溶液中；
步骤二：棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h；
步骤三：将棉纤维布和/或三聚氰胺放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料。
本发明还包括这样一些特征：
步骤一：将尺寸4.0cm×2.0cm棉纤维布浸泡在50mL含有0.3g硝酸锌、0.6g硝酸钴、1.6g二甲基咪唑的混合水溶液中；
步骤二：棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h；
步骤三：将质量为1g的棉纤维布放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米片阵列/碳纤维复合材料。
所述步骤三中，将2g的三聚氰胺放置在管式炉的下游；
所述步骤三中，将4g的三聚氰胺放置在管式炉的下游。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所需设备少，工艺流程简单、成本低。制备的内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料具有一定的机械性能，例如弯折、扭曲，可以满足不同形变下设备的正常工作。同时，该材料组成全固态可充电锌-空气电池，在电流密度79.2mA·cm-2时功率密度为57.3mW cm-2，性能优于采用商用Pt/C+RuO2催化剂组装的全固态可充电锌-空气电池，并具有很好的稳定性。利用制备的样品组装对称超级电容器，在电流密度0.1a g-1时比电容为31.3F g-1，具有良好的功率和能量密度，具有优良的循环耐久性(93.3％)。作为电磁波吸收材料，当添加量为15wt.％时，在2-18GHz的频率范围内，有效吸收带宽可达到4.5GHz，最小反射损耗为-57.8dB。
附图说明
图1是本发明的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料的电子数码照片及扫描电子显微镜照片；
图2是本发明的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料组装的对称超级电容器的电化学性能图；
图3是本发明的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料组装的全固态柔性可充电锌-空气电池的电化学性能图；
图4是本发明的柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料的电磁波吸收性能图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的是这样实现的：
(1)将商业购买的价格低廉的棉纤维布室温浸泡在含有硝酸钴，硝酸锌，二甲基咪唑的去离子水溶液中。
(2)棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h。
(3)将一定质量的棉纤维布和三聚氰胺放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料。
实施例1：
(1)将尺寸4.0cm×2.0cm棉纤维布浸泡在50mL含有0.3g硝酸锌、0.6g硝酸钴、1.6g
二甲基咪唑的混合水溶液中。
(2)棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h。
(3)将质量为1g的棉纤维布放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米片阵列/碳纤维复合材料。
实施例2：
(1)将尺寸4.0cm×2.0cm棉纤维布浸泡在50mL含有0.3g硝酸锌、0.6g硝酸钴、1.6g二甲基咪唑的混合水溶液中。
(2)棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h。
(3)将质量为1g的棉纤维布放入管式炉的上游，2g的三聚氰胺放置在管式炉的下游。然后在Ar气氛围下800℃退火2h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管-碳纳米片/碳纤维复合材料。
实施例3：
(1)将尺寸4.0cm×2.0cm棉纤维布浸泡在50mL含有0.3g硝酸锌、0.6g硝酸钴、1.6g二甲基咪唑的混合水溶液中。
(2)棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h。
(3)将质量为1g的棉纤维布放入管式炉的上游，4g的三聚氰胺放置在管式炉的下游。然后在Ar气氛围下800℃退火2h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维复合材料。

Claims (4)

1.一种普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：将棉纤维布室温浸泡在含有硝酸钴，硝酸锌，二甲基咪唑的去离子水溶液中；
步骤二：棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h；
步骤三：将棉纤维布和/或三聚氰胺放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米管/碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：将尺寸4.0cm×2.0cm棉纤维布浸泡在50mL含有0.3g硝酸锌、0.6g硝酸钴、1.6g二甲基咪唑的混合水溶液中；
步骤二：棉纤维布浸泡17h后，用去离子水清洗棉纤维布，洗去多余沉淀物后将棉纤维布放到烘箱中60℃干燥4h；
步骤三：将质量为1g的棉纤维布放置在管式炉内，然后在Ar气氛围下800℃退火2h，升温速率为5℃/min，冷却至室温，得到柔性内嵌过渡金属纳米粒子氮掺杂碳纳米片阵列/碳纤维复合材料。
3.根据权利要求2所述的普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，其特征是，所述步骤三中，将2g的三聚氰胺放置在管式炉的下游。
4.根据权利要求2所述的普适的多功能氮掺杂碳纳米管/碳纤维布制备方法，其特征是，所述步骤三中，将4g的三聚氰胺放置在管式炉的下游。
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