[发明专利]双面异构网碳膜的一步制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及双面异构网碳膜的一步制备方法，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

碳材料由于具有极好的导电性和大的比表面积，特别是多孔碳材料，是一种非常好的超级电容材料。普通的多孔碳材料结构比较单一，性能也就单一，相比之下，这样双面异构的网碳膜能够在同一张膜上面有两种不同的结构，结构决定性质，由此得出来的性质各有差异。如果在两面修饰同种物质，那么两面的结构也就不一样，如果根据不同的需要修饰不同的材料，那么会有多样的功能。

PVDF膜即聚偏氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride)是蛋白质印迹法中常用的一种固相支持物。PVDF膜是疏水性的，膜孔径有大有小。聚偏氟乙烯，作为高分子的一员，具有非常良好的机械性能，而其热解时产生的HF能扩大孔径分布，从而提高碳材料的比表面积。PET俗称涤纶树脂，它是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物。它的力学性能好，耐热，无毒，无味，卫生安全性好。由这两种材质制备的膜两面结构是不一样的，经过碳化之后得到的多孔碳材料也是不一样的。基于商业膜的本身固有的网碳结构，再加上碳化，活化提高了多孔碳材料的比表面积。

目前文献中合成多孔碳材料主要是用生物材质碳化制备多孔碳材料。多孔复合碳材料主要合成方法有活化法、模版法等方法。而常用的多孔碳材料不存在双面异构的特性，不具备优异的超级电容器性质。

发明内容

本发明的目的就是致力于改善多孔碳材料结构单一、孔径分布窄的缺点，而提供一种双面异构网碳膜的一步制备方法。本发明方法提高了材料的比电容以及结构多样性，从而为其在超级电容器领域的应用做一定的铺垫。通过导电多孔碳材料和金属的复合，整合两者的优越性，达到提高超级电容器材料性能的目标。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双面异构网碳膜的一步制备方法，在通入惰性气体的条件下，对PVDF/PET双面复合膜进行预碳化、活化、再碳化后得到双面异构网碳膜。

具体包括以下步骤：

(1)对PVDF/PET双面复合膜进行预碳化：

将PVDF/PET双面复合膜放入瓷舟中，再将瓷舟放入至管式炉中，在通入惰性气体的条件下，逐渐升温至预热温度，预热处理，使PVDF/PET双面复合膜的多孔网络结构稳定下来，得到预碳化样品；

(2)活化处理：

将步骤(1)所得预碳化样品自然冷却到室温下，用NaOH对预碳化样品进行活化，得到活化后样品；

(3)再碳化处理：

将步骤(2)所得活化后样品放入管式炉中，在通入惰性气体的条件下，逐渐升温至碳化温度，在碳化温度下保温2h对其进行碳化，得到双面异构网碳膜，退火之后冷却至室温，对样品进行洗涤、离心、干燥，收集得到双面异构网碳膜。

优选地，所述的惰性气体为氩气或氮气。

优选地，步骤(1)进行预碳化中，所述的预热温度为300-450℃。

优选地，步骤(1)进行预碳化中，以1-5℃/min升温至150-200℃，保温1小时后，以1-2℃/min升温至预热温度后，保温两小时。

优选地，步骤(2)所述的活化处理中，NaOH与预碳化样品的质量比为3:1。

优选地，步骤(3)所述的再碳化处理中，以5℃/min升温至碳化温度，所述的碳化温度为700-800℃。

在一个优选实施方式中，在步骤(1)完成预碳化处理后，对预碳化样品用硝酸铁溶液在常温下浸渍，再超声处理使预碳化样品与硝酸铁混合均匀，然后干燥至粉末状，之后进行(2)所述的活化处理与步骤(3)所述的再碳化处理，得到负载铁的双面异构网碳膜。

优选地，所述的预碳化样品与硝酸铁的重量比为1:1。

所述的PVDF/PET双面复合膜为一种市售的商品膜，还可以使用废弃的PVDF/PET双面复合膜，实现废物的再利用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明中，以PVDF/PET双面复合膜作为反应的前驱物，PVDF/PET双面复合膜为一种具有双面不同材质和结构的商业膜，对PVDF/PET双面复合膜进行差热分析测试，得到PVDF/PET双面复合膜的热性质，根据PVDF/PET双面复合膜TG图和DSC图可以看出来该种双面复合膜在150℃有质量减少，说明有物质分解了，这说明PVDF在这个温度下会分解，另外在250℃有一个向上的峰，属于吸热反应，这是PET在空气中分解。可以看出来这双面复合膜的融化温度为120℃，玻璃转化温度为200℃，因此这种复合膜适于进行煅烧。原材料简单易得，成本低廉。