[发明专利]金属硫化物/氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜、柔性自支撑超级电容器及制备方法

权利要求书

1.一种金属硫化物/氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜，其特征在于，所述金属硫化物/氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜以氮掺杂碳纤维纳米薄膜作为导电骨架，氮掺杂碳纤维表面有镀铜层，镀铜层的外表面均匀生长有金属硫化物纳米片，所述金属硫化物为铜镍双金属硫化物CuNiS₂；

所述金属硫化物/氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜的制备过程包括以下步骤：

（1）制备氮掺杂碳纤维纳米薄膜并进行化学镀铜；具体地：

（1.1）将厚度100~150μm的超级电容器专用无纺布纤维素聚合物隔膜纸剪裁成一定尺寸，在纯度≥99.999%的氮气环境下，以10~20℃/min的升温速率加热到300~360℃后保持10~15分钟进行碳化，得到氮掺杂碳纤维纳米薄膜；

（1.2）将步骤（1.1）所得的氮掺杂碳纤维纳米薄膜分别在250℃、200℃、150℃、100℃、50℃的温度下保持10分钟，进行逐级降温冷却；

（1.3）将步骤（1.2）所得冷却后的薄膜先浸入到0.05mol/L的SnCl₂溶液中10分钟，进行敏化；取出后再浸入到2mmol/L的PbCl₂溶液中10分钟，进行活化；在敏化和活化过程中用超声波对溶液进行分散；

（1.4）将步骤（1.3）所得活化后的薄膜用去离子水清洗后，浸入到镀液中反应2~3分钟，对碳纤维表面进行化学镀铜，反应期间用超声波对镀液进行分散；所述镀液由硫酸铜、柠檬酸钠、氢氧化钠、甲醛和硫代尿素按照25:40:90:9.8:0.05的质量比例组成；

（2）将去离子水和无水乙醇按3:2的体积比混合均匀，得到混合液A；再按照58g/L的比例，将Cu(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·4H₂O、CH₄N₂S、C₆H₁₂N₄以及表面活性剂加入到混合液A中，以超声波处理使其混合均匀，得到混合液B；所述表面活性剂为聚乙二醇、十二烷基氨基丙酸及十六烷基三甲基溴化铵中的一种或者几种的组合；所述Cu(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·4H₂O、CH₄N₂S、C₆H₁₂N₄及表面活性剂的摩尔比为（8~12）:（8~12）:（15~20）:（3~5）:（1~1.5）；

（3）将步骤（1）制备的氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜置于步骤（2）得到的混合液B中并密封，加热至120℃，在该温度下持续反应4h；反应期间持续用紫外灯进行照射；

（4）反应结束后，待自然冷却至室温后取出薄膜，然后在50~60℃下搁置8~10h进行干燥，得到金属硫化物/氮掺杂碳纤维复合纳米薄膜。