[发明专利]一种负载Co3O4纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法及所得产品

说明书

本发明公开了一种负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法及所得产品，该方法为：室温下，将钴源、聚乙烯吡咯烷酮和N，N‑二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀得前驱体纺丝液；利用静电纺丝技术制得前驱体纤维，将前驱体纤维在惰性气氛下二次煅烧，得到负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料。本发明利用单针头静电纺丝技术，通过一步法将Co₃O₄纳米颗粒均匀的负载在碳纤维上，制备工艺简单，制得的碳纤维直径约为400~500nm，Co₃O₄颗粒尺寸约为50~100nm，形貌规则，纤维相互交叠形成疏松多孔结构，作为储能材料在锂离子电池和超级电容器领域中有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝法制备负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料的方法及所得的负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料或超级电容器电极材料都具有容量高的特点，与目前商业化的碳类材料相比容量高出很多，特别是Co₃O₄等材料还具有良好的电化学性能，逐渐成为研究热点。

与传统方法相比，静电纺丝技术具有装置简单、工艺可控等优点，是制备一维纳米材料的主要途径。

文献和专利中负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料鲜有报导，多为碳纤维负载其他物质形成的具有特定功能的复合材料。中国专利（CN103545536A）和（CN103696235A）分别制备了碳纤维负载金属催化剂和碳纤维负载介孔二氧化钛，是先制备碳纤维再将目标物质负载与碳纤维上，过程较为复杂。因此，采用一种简便易行的方法控制合成结构稳定、形貌规则、颗粒尺寸分布均匀的负载纳米颗粒的碳纤维复合材料具有显著的意义，可以作为一种储能材料及在其他领域内具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法，该方法利用静电纺丝技术，一步即可制得Co₃O₄纳米颗粒负载的碳纤维，无须先制备碳纤维，工艺简便可行，具有很好的可控性，所得复合材料形貌规则，Co₃O₄分布均匀。

本发明采用静电纺丝法制备负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料，首先制备含有钴源的纺丝液，然后通过静电纺丝制成纤维，然后通过煅烧得到负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维。所得复合材料由多条负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维组成，各碳纤维尺寸均匀，Co₃O₄分布均匀。各碳纤维相互交叠，能够形成疏松多孔结构。

本发明的具体技术方案如下：

一种负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）纺丝液的制备：室温下，将钴源、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀得前驱体纺丝液；

（2）静电纺丝过程：将步骤（1）中的前驱体纺丝液利用静电纺丝法进行纺丝，得到前驱体纤维；

（3）煅烧过程：将步骤（2）制备的前驱体纤维先在惰性气氛下升至300℃进行预煅烧，再在惰性气氛下升至500~700℃进行二次煅烧，然后自然冷却至室温，即得到负载Co₃O₄纳米颗粒的碳纤维复合材料。