[发明专利]三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制法及应用

权利要求书

1.一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料，其特征在于包括：主要由碳纤维形成的导电基体网络；以及，包覆于所述碳纤维表面的硫铜化合物纳米片；所述碳纤维的直径为400～600nm，所述硫铜化合物纳米片的厚度为10～80nm，所述碳纤维与硫铜化合物纳米片的质量比为1～2：5；并且，所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料的比表面积在10²m²/g以上；

所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料的制备方法包括：

将铜源和碳源溶于有机溶剂，形成均匀的纺丝溶液，所述铜源采用铜盐，所述碳源采用聚合物，所述有机溶剂采用能溶解铜盐的易挥发有机溶剂，所述铜源与碳源的质量比为1：2～1：4，所述纺丝溶液中铜源与碳源的含量合计为5wt%～18wt%；

以静电纺丝法对所述纺丝溶液进行处理，获得纺丝材料，所述静电纺丝方法包括：在纺丝发生装置与纺丝收集装置之间施加8～16KV的直流电压，并使纺丝发生装置喷射纺丝溶液的速度为1 ～3ml/h，纺丝发生装置与纺丝收集装置的距离为 8cm～16 cm，温度为25～40℃，相对湿度为35～45%；

将所述纺丝材料在含氧气氛中进行预氧化处理，之后在保护性气氛中进行碳化处理，获得三维复合材料前驱物，其中，所述预氧化处理的温度为230～280℃、时间为1～3 h，所述碳化处理的温度为600～800℃、时间为1～3h；

将所述三维复合材料前驱物与硫源溶液混合反应，获得所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料，其中所述硫源溶液内的硫源包含Na₂S_x，x为1、2，3或4，溶剂包含有机醇。

2.根据权利要求1所述的三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料，其特征在于：所述碳纤维的长度为5µm～10mm。

3.一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括：

将铜源和碳源溶于有机溶剂，形成均匀的纺丝溶液，所述铜源采用铜盐，所述碳源采用聚合物，所述有机溶剂采用能溶解铜盐的易挥发有机溶剂，所述铜源与碳源的质量比为1：2～1：4，所述纺丝溶液中铜源与碳源的含量合计为5wt%～18wt%；

以静电纺丝法对所述纺丝溶液进行处理，获得纺丝材料，所述静电纺丝方法包括：在纺丝发生装置与纺丝收集装置之间施加8～16KV的直流电压，并使纺丝发生装置喷射纺丝溶液的速度为1 ～3ml/h，纺丝发生装置与纺丝收集装置的距离为 8cm～16 cm，温度为25～40℃，相对湿度为35～45%；

将所述纺丝材料在含氧气氛中进行预氧化处理，之后在保护性气氛中进行碳化处理，获得三维复合材料前驱物，其中，所述预氧化处理的温度为230～280℃、时间为1～3 h，所述碳化处理的温度为600～800℃、时间为1～3h；

将所述三维复合材料前驱物与硫源溶液混合反应，获得所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料，其中所述硫源溶液内的硫源包含Na₂S_x，x为1、2，3或4，溶剂包含有机醇。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述铜盐选自CuCl₂•2H₂O、CuSO₄•5H₂O、Cu(CH₃COO)₂和Cu(NO₃)₂•3H₂O中的任意一种或两种以上组合。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物选自聚丙烯晴或聚乙烯吡咯烷酮。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述含氧气氛采用空气气氛。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述保护性气氛选自氮气和/或惰性气体气氛。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂采用二甲基二酰胺。