[发明专利]多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：多孔活性碳纳米纤维的制备、多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备、多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备。本发明具有如下的有益效果：本发明制备的多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，无污染等特点，作为超级电容器电极材料符合商业化的基本要求。

技术领域

本发明涉及一种多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法及用途，属于复合纳米材料和电化学材料领域。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，石油化工能源的快速枯竭、环境污染的急剧恶化，急需寻找一种可持续、可再生的能源代替现有的石油化工能源。超级电容器作为一种新型的储能器件具有功率密度高(可达10²～10⁴W/kg)、循环寿命长(50万～100万次)、工作温限宽(-40～80℃)、能量密度大(远大于静电电容器)、充放电速率快且效率高、免维护、绿色环保等优点，已得到了广泛应用。

然而决定超级电容器性能的关键因素为电极材料的选择。电极材料的选择应满足导电性好、比表面积大和高比电容量。基于以上原因，目前超级电容器的电极材料主要选用碳材料、金属化合物和导电聚合物。如何提高电极材料的导电性和比表面积成为研究的热点。

纳米纤维材料由于具有大的长径比和大比表面积使其在光催化、气体传感、太阳能电池、储氢和电容器电极等领域上具有广泛应用。目前制备纳米纤维主要包括静电纺丝法、热致相分离法、催化挤出法、原纤维化法和分子喷丝板纺丝法。相比于其它方法，热致相分离法制备工艺简单、成本低、可工业化生产。利用热致相分离方法制备活性碳纳米纤维并将其作为超级电容器电极材料，可大大提高电极材料的比表面积，即提高电解液与电极材料之间的浸润性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法及用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多孔活性碳/MnS/聚吡咯三元复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：

将三醋酸纤维素溶解于N,N-二甲基甲酰胺/1,4-二氧六环/四氢呋喃的三元混合溶剂中，混匀后形成溶液A，将正硅酸四乙酯溶解于所述溶液A中，得到前驱体淬火溶液；

将所述前驱体淬火溶液在-40～-10℃下淬火后，除去三元混合溶剂，得到三醋酸纤维素/SiO₂复合纳米纤维；

将所述三醋酸纤维素/SiO₂复合纳米纤维浸泡于NaOH/乙醇溶液，将三醋酸纤维素转化为纤维素，得到纤维素/SiO₂复合纳米纤维；

将所述纤维素/SiO₂复合纳米纤维浸泡于氢氟酸溶液中，得到纤维素多孔纳米纤维；

将所述纤维素多孔纳米纤维浸泡于NH₄Cl溶液中，80℃下活化后，干燥，在50～100μL/min流量的氮气气氛中、以3～5℃/min的速率由室温升温至300～360℃，保温2h，以3～5℃/min的速率由300～360℃升温至1000℃，保温2h，得到多孔活性碳纳米纤维；

将硝酸锰和硫脲溶于去离子水后，转入内衬有聚四氟乙烯的不锈钢管式高压釜中，加入所述多孔活性碳纳米纤维，加去离子水至所述不锈钢管式高压釜容积的80％，以5℃/min的速率由室温升温至160～180℃，保温反应后，得到多孔活性碳/MnS复合纳米纤维；

将十二烷基磺酸钠和吡咯溶于蒸馏水中后，加入所述多孔活性碳/MnS复合纳米纤维，在0～5℃下滴加过硫酸钾溶液，反应后，得到所述多孔活性碳-MnS-聚吡咯三元复合纳米纤维。