[发明专利]氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法及其用途

说明书

本发明提供了一种氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：S1、纤维素多孔纳米纤维的制备；S2、聚苯胺/纤维素复合纳米纤维的制备；S3、氮掺杂多孔活性碳纳米纤维的制备；S4、氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维。本发明具有如下的有益效果：本发明制备的氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维直径为150～280nm，孔径大小为0.4～1.2nm，属于微孔结构，比表面积大大提高。本发明制备的氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维制备工艺稳定、易于操作、设备依赖低、无污染等特点，适合于工业化大规模生产，有望成为理想的超级电容器电极材料。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法，属于复合纳米材料和电化学材料领域。

背景技术

随着环境的恶化和能源的快速消耗。以煤、石油为代表的不可再生资源的快速枯竭，能源短缺和环境污染成为人类需要面临的严峻挑战。开发新型的可再生能源成为当今科学研究的热点。超级电容器兼具有电池和传统电容器的优点，且具有超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、能量密度大、充放电速率快、效率高、免维护、绿色环保等优点，已广泛应用于国防装备、通信原件、新能源汽车等领域。

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。碳材料因其廉价易得、工作温度范围宽、比重小、化学稳定性高，比表面积大、孔隙结构发达、绿色环保等优点常被用于超级电容器电极材料。相比于其他电极材料，碳材料作为双电层电容器的电极，能量密度相对较低、并不能满足实际需要。为了提高碳材料的比电容，目前主要通过提高碳材料的比表面积、引入杂原子或与金属化合物复合。比表面积的提高主要是为了提高电解液与活性材料之间的浸润性。而杂原子引入主要为了改善材料的导电性、湿润性和增加赝电容储能效应。

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。将具有大比表面积氮掺杂纳米纤维是一种理想的超级电容器的电极材料。专利CN105148970A公开了一种一维掺氮碳纳米线氧还原电催化剂及其制备和应用。该专利将吡咯原位聚合到细菌纤维素上得到细菌纤维素/聚吡咯复合物，后通过碳化得到一维掺氮碳纳米线。然而该方法无法通过工艺调控细菌纤维素的直径大小及其孔大小。专利CN10526148A公开了一种电容器电极材料的制备方法，该专利以电纺聚丙烯腈纳米纤维为基低，生长聚苯胺纳米线合成聚丙烯腈/聚苯胺复合纳米纤维，后加热处理得到高比表面积氮掺杂多孔碳纳米纤维材料。电纺技术虽工艺简单，但难以大批量工业化生产。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法及其用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：

S1、制备纤维素多孔纳米纤维；

S2、利用所述纤维素多孔纳米纤维制备聚苯胺/纤维素复合纳米纤维；

S3、利用所述聚苯胺/纤维素复合纳米纤维制备氮掺杂多孔活性碳纳米纤维；

S4、利用所述氮掺杂多孔活性碳纳米纤维制备氮掺杂多孔活性碳/MnS复合纳米纤维。

作为优选方案，所述纤维素多孔纳米纤维的制备方法为：

将三醋酸纤维素溶解在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，50℃磁力搅拌5h溶解，形成溶液A；将正硅酸四乙酯滴加到所述溶液A中，继续搅拌2h，得到前驱体淬火溶液B；