[发明专利]一种复合微纳中空纤维材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种复合微纳中空纤维材料，其特征在于，所述材料为内部包裹有金属单质、合金、或金属化合物基多孔中空纳米棱柱的碳纳米纤维，所述金属化合物为金属硫化物、金属磷化物、金属硒化物中的至少一种；

所述金属化合物含有铁、镍、钴中的至少一种金属元素；所述合金含有铁、镍、钴中的至少两种金属元素；所述金属单质为铁、镍、钴中的任一种；

所述多孔中空纳米棱柱的长度为0.5～3μm，宽度为0.1～1μm。

2.根据权利要求1所述的复合微纳中空纤维材料，其特征在于，当所述金属化合物或合金中含有两种金属元素时，所述两种金属元素的摩尔比为1:9～9:1。

3.根据权利要求1所述的复合微纳中空纤维材料，其特征在于，所述碳纳米纤维内部包括镍钴基硫化物、或镍钴基磷化物、或镍钴基硒化物中的至少一种的多孔中空纳米棱柱，或镍/钴金属单质多孔中空纳米棱柱，或镍钴合金多孔中空纳米棱柱。

4.根据权利要求1-3任一项所述的复合微纳中空纤维材料，其特征在于，所述纤维的直径为2～3μm。

5.权利要求1-4任一项所述的复合微纳中空纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)将聚乙烯吡咯烷酮及金属醋酸盐溶于醇类溶剂中，形成混合溶液，加热反应得到金属基醋酸盐氢氧化物前驱体；

S2)将步骤S1)所得金属基醋酸盐氢氧化物前驱体与成纤聚合物分别分散于酰胺类溶剂中，分别形成两种前驱体溶液，将两种前驱体溶液混合得到纺丝液，通过静电纺丝，将纺丝液制成微纳纤维所组成的薄膜材料；

S3)将步骤S2)所得薄膜材料分别与硫源、磷源、硒源中的至少一种共同在惰性气氛下进行高温退火处理，或所得薄膜材料直接在惰性气氛下进行高温退火处理，制得内部包裹有金属硫化物多孔中空纳米棱柱、磷化物多孔中空纳米棱柱、或硒化物多孔中空纳米棱柱中至少一种，或金属单质多孔中空纳米棱柱，或合金多孔中空纳米棱柱的复合微纳中空纤维材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中，所述金属醋酸盐选自铁、镍、钴中至少一种的醋酸盐。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为10000～58000。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇或丙醇。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中所述混合溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.5％～5％。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中所述混合溶液中金属醋酸盐的质量分数为0.1％～3％。

11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2)中所述纺丝液中金属基醋酸盐氢氧化物前驱体及成纤聚合物的质量分数相同或不同，彼此独立地为5％～30％。

12.根据权利要求5-11任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2)中所述成纤聚合物为聚丙烯腈或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

13.根据权利要求5-11任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2)中所述静电纺丝过程中所加工作电压为10～25kV。

14.根据权利要求5-11任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2)中静电纺丝的温度为20～70℃。

15.根据权利要求5-11任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2)中静电纺丝收集距离为10～30cm。