[发明专利]一种三维网络碳纳米材料及其应用

说明书

本发明公开了一种三维网络碳纳米材料，该材料由胶原蛋白纤维制备而得，并且该纳米材料可以制备成电池应用到电化学领域。该三维网络碳纳米材料的制备方法包括如下步骤：首先采用酶解法制备猪皮胶原蛋白液，并采用一定波长的紫外线照射该胶原蛋白液；将紫外线照射后的胶原蛋白溶液放入冷冻干燥机内冻干，即可得到干燥的纤维状胶原；冷冻干燥得到的胶原纤维在管式炉惰性气体保护下进行碳化，得到三维网络碳纳米材料。在手套箱中将该三维网络碳纳米材料组装成电池，经测试由该材料制备的电池具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种由胶原蛋白纤维制备的电池及其应用。

背景技术

胶原蛋白又称胶原，是一种天然蛋白质，广泛存在于动物的皮肤、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中，是结缔组织中极重要的结构蛋白质。胶原是由3条肽链拧成螺旋的纤维状蛋白质，具有很强的韧性、热稳定性和机械强度，而不同组织中的胶原，又有差异，具有独特的功能。

近年来，胶原蛋白领域的研究十分活跃，进展很快。在对胶原蛋白的利用方面，除主要的医用、美容等方面，新的用途不断被开发。

中国专利201610845343.7中就涉及到了胶原纤维在电化学领域中的应用。胶原纤维与过渡金属离子反应制备胶原纤维负载过渡金属离子，再利用植物多酚对胶原纤维负载过渡金属离子进行表面包覆修饰，接下来高温碳化处理，得到黑色粉末，即纳米纤维束。其作为锂离子电池负极材料使用时，电极材料的电化学性能可以得到显著提高。

胶原纤维碳化也可制备碳@Fe₃O₄核壳材料。以胶原纤维为原料，通过碳化制备C@Fe₃O₄核壳材料，材料作为电容器表现出良好的容量和循环稳定性。当电流密度为0.2，1.2，5.0和10.0A/g时，C@Fe₃O₄的容量分别为839,668,422和301mA h/g。当电流密度为1.0A/g时，500圈循环后材料仍然保持了632mA h/g的能量密度，材料表现出良好的电化学性能。

阳离子聚烯丙胺盐酸盐-胶原-二氧化硅-酚醛树脂复合材料的制备也涉及到了胶原。阳离子聚烯丙胺盐酸盐-胶原-二氧化硅-酚醛树脂复合材料主要通过热聚合的方式制备。材料具有多孔性，其比表面积达到1564m²/g。

到目前为止，还没有利用纯胶原材料制备的电池材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种由胶原蛋白纤维制备的电池。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

1、三维网络碳纳米材料的制备方法

(1)采用酶解法制备猪皮胶原蛋白液，并在一定距离下对该胶原蛋白液进行紫外线照射；

(2)将紫外线照射后的胶原蛋白溶液冷冻干燥，得到干燥的纤维状胶原；

(3)将冷冻干燥得到的纤维状胶原于惰性气体保护下进行碳化，得到三维网络碳纳米材料。

进一步的，所述步骤(1)中胶原蛋白溶液浓度为1～5mg/g。

进一步的，所述步骤(1)中紫外线波长为310～320nm。

进一步的，所述步骤(1)中紫外线照射时间为0.5～10h。

进一步的，所述步骤(1)中胶原蛋白液与紫外光源的距离为25～50cm。

进一步的，所述步骤(2)中胶原蛋白溶液冷冻干燥时间为30～50h。

2、该纳米材料制备过程中涉及的碳化过程如下

(1)在惰性气体一定气体流速下将管式炉缓慢升温至一定温度，并保持一定时间；