[发明专利]一种Cu-CuO/碳纳米纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料合成技术领域，尤其是一种Cu‑CuO/碳纳米纤维复合材料及其制备方法，具体是以静电纺丝法为辅助再经过炭化合成Cu‑CuO/CNF的方法。按照以下步骤进行：(1)取一定质量的聚丙烯腈溶于N，N‑二甲基甲酰胺，搅拌均匀得到溶液A。(2)将一定量的铜盐缓慢加入到溶液A中，并充分搅拌形成混合溶液B。(3)将混合溶液B放置于针筒内进行静电纺丝作用。(4)将制得的纳米纤维垫在常温下干燥得到Cu/PAN纳米纤维。(5)将收集到的纳米纤维垫在惰性气体的氛围下煅烧，制得Cu‑CuO/CNF。本发明工艺制备流程少，简单易操作并且投资成本低。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，具体领域为一种Cu-CuO/碳纳米纤维复合材料。

背景技术

近年来，随着新型储能装置的发展，超级电容器的出现引起了人们的广泛关注。超大容量、循环寿命长、高充放电效率、功率密度高等优异特性使超级电容器有良好的应用前景。然而，电极材料的制备是影响超级电容器的性能的关键因素，将新的金属氧化物负载在碳纳米纤维(CNF)上，制备电容量大、长寿命、低污染的电极是超级电容器的研究方向。

针对现有技术，如CN Duduman发表的文章《Obtained of nanocomposites:Cu,CuOand Cu(OH)₂-CNF by sol-gel method》使用的溶胶凝胶法和K Mech发表的《Electrochemical Synthesis of Cu-Cu₂O-CNT/CNF Composite Coatings》使用的电化学使用方法，它们的生产成本高、操作复杂、不容易实现工业化，Cu离子不能均匀的发布在CNF上，容易形成团聚。

静电纺丝作为一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米，是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是最简单有效的方法之一，已经用这种方法成功地制备了不同的纳米纤维。静电纺丝技术具有简单方便、廉价、对环境无污染等特点。

目前，电极材料的载体主要以碳黑为主，而纳米碳材料由于其导电导热等性能好不断地被研究，纳米碳纤维作为一种新型的碳材料，由于具有多种优越的物理和化学性质，是应用前景较好的新型材料。

在各种类型的功能纳米材料中，活性金属可通过锂插入反应形成合金来储存大量锂，因此它们适用于可充电LIB中的高容量阳极材料。但是这些活性金属在循环过程中遭受严重的颗粒聚集和容量劣化，因为锂嵌入或萃取反应引起的体积变化和结构破坏。除了活性金属之外，非活性金属(例如Cu)对电池性能具有很大影响，因为它们可以在电极中形成导电通路以增强电接触。金属Cu有助于提高电极导电性，提高库仑效率，并提高最终电极的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Cu-CuO/碳纳米纤维复合材料及其制备方法。Cu-CuO/CNF能够表现出较强的表面与体积比、有许多活性位点、电子/离子转移较容易等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种Cu-CuO/碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取一定质量的聚丙烯腈溶于溶剂中，搅拌均匀得到溶液A；

(2)称取一定质量的铜盐倒入溶液A中，室温下搅拌一段时间，得到混合溶液B；

(3)将混合溶液B放置于针筒内，在一定的电压、流速以及高度内进行静电纺丝作用，在室温下干燥，制得Cu/PAN纳米纤维；

(4)将步骤(3)所得纳米纤维垫置于瓷舟中，在通N₂的条件下，一定温度下煅烧一段时间，制得样品Cu-CuO/CNF。

其中，所述步骤(1)中的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。