[发明专利]一种碳纤维柔性电极材料及其制备方法

说明书

一种碳纤维柔性电极材料及其制备方法，将生物质碳源溶于水中，配制碳源溶液；将碳纤维预制体和碳源溶液放入水热釜中在均相反应器中反应，得到碳纤维骨架；将硅粉和硅藻土混合，配制硅源；将硅源、镍片和碳纤维骨架逐层放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚放入氩气气氛下，1200～1400℃下进行反应2～3h，冷却得到柔性电极材料。本发明制备的复合材料不仅具有高的强度，高的比表面积、而且还具赋予了复合材料高的催化活性。本发明提供了一种简单、高效、低成本制备柔性Ni基催化电极的方法。

技术领域

本发明所提供一种碳纤维柔性电极材料及其制备方法，属于纳米复合材料领域。

背景技术

随着科技的发展和市场的需求，人们对电极的追求不仅仅停留于导电性、稳定性和耐腐蚀性等方面，还需要它们具备灵活、轻薄等特点，从而推动了柔性电极的发展。柔性电极是指具有机械柔性的电极，按照组成可以分为两类：一类是自身具有柔性的单一型导电体，如金属的电纺丝、碳纤维、结构型导电高分子聚合物等；另一类则是以柔性材料为基体，在其表面修饰或者体内掺杂导电体复合而形成的复合型柔性电极，这一类柔性电极的典型代表就是复合型的导电高分子薄膜电极，如碳纳米材料/高分子材料、金属/高分子材料等；而由于后者工艺简单、价格低、导电性与机械灵活性可控等特点使其在应用与研究方面更加广泛。

碳纤维作为柔性电极中最典型的一种材料，其含碳量达到95％以上，它具有独特的柔韧性、高的导电性、较低的密度(1.75～2.18g/cm³)、大的比表面积以及强的化学稳定性，拥有新型柔性电极材料最重要的柔软、轻薄的特点，从而使得碳纤维复合材料在电催化、电化学传感器以及柔性超级电容器方面具有广阔的应用前景。

碳化硅(SiC)具有理想的带隙、高的抗光腐蚀与化学腐蚀性等优异的特性，已经成为国内外光电催化领域的研究热点之一，镍基催化剂作为一种被广泛研究的电催化材料，具有优异的催化活性、稳定性高等优点。采用金属与半导体复合是改善半导体催化剂催化性能的有效手段之一，将碳化硅和镍复合，设计合成镍/碳化硅复合材料，利用耦合效应，使得复合材料具有更高电化学性能，对于复合材料电极在催化氧化领域的实际应用具有一定的意义。

目前已经有很多镍基复合材料制备方法，如一步合成法、化学气相沉积法、磁控溅射等。ChuangZhao等人利用一步合成法合成Ni/GO纳米微球，研究表明Ni/GO纳米微球对罗丹明B的去除效率约为90％。[Applied Surface Science,2015,357:22-30.]。但实验过程中氧化石墨烯的价格昂贵，水合肼具有很强的还原性，强碱性和一定的毒性。

中国发明专利201611021461.2报道了一种碳纤维负载纳米级双金属PtCo催化电极制备方法及其应用，将碳纤维浸渍在氯铂酸和硝酸钴的混合液中，在管式炉中氢气氛围下反应得到纳米级双金属PtCo催化电极。该方法在制备纳米级双金属PtCo催化电极过程时涉及氯铂酸，氯铂酸价格比较昂贵，属酸性腐蚀品，加热至360℃时，分解成氯化氢气体，有一定的毒性；反应过程中涉及到易燃易爆气体，具有一定的危险性。

中国发明专利200610117132.8报道了一种用于有机电化学合成过程的纳米碳纤维电催化电极的制备，通过电化学方法在碳纤维上沉积金属纳米颗粒。该方法在制备纳米碳纤维电催化电极过程中用到Nafion试剂，它属于超酸，具有很强的腐蚀性，加热会放出有毒性气体，有一定的危险性。

中国发明专利201510300879.6报道了一种多孔镍基碳纤维复合材料及其制备方法和用途，通过磁控溅射技术在碳纤维布衬底上沉积纳米镍金属薄膜，而后利用电化学工作站通过循环伏安法将多孔镍金属薄膜的表层镍氧化为氢氧化镍得到所述多孔镍基碳纤维复合材料。该方法在制备多孔镍基碳纤维复合材料过程中涉及磁控溅射技术，机器设备和纯金属镍靶材价格昂贵，实验过程复杂。

鉴于以上缺陷，是有必要提供实有必要提供一种操作简单，成本低Cf/SiC_NWs/Ni复合材料的制备方法以解决以上技术问题。

发明内容