[发明专利]氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：以热固性酚醛树脂为静电纺丝前驱体，添加含过渡金属元素的催化剂，并在碳化过程中引入氨气活化处理，得到氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

（1）前驱体溶液的制备：以质量比1：0.010～0.050：0.020～0.200分别将热固性酚醛树脂、高分子量线性聚合物和含过渡金属元素的催化剂溶解于有机溶剂中，搅拌形成均匀的溶液；其中，热固性酚醛树脂在有机溶剂中的含量为20～40 wt.%；

（2）静电纺丝：通过静电纺丝装置将得到的前驱体溶液电纺成复合纤维；电压为20～30kV，接收距离为20～30 cm，进给速度为0.5～2 mL/h；

（3）干燥和固化：将所得复合纤维于空气气氛中逐渐加热到180℃并保持1～3小时；

（4）碳化和氨气活化处理：把固化后的复合纤维进行热处理，在惰性气体气氛下升温至800～1000℃，引入氨气气氛并保温1-3小时，随后得到氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维。

3.根据权利要求1所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述热固性酚醛树脂的分子量M_w的范围为600＜M_w＜4000。

4.根据权利要求2所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述高分子量线性聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述含过渡金属元素的催化剂为乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、氯化铁、氯化铜、氯化镍、氯化钴、铁氰化钾中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。

7.根据权利要求2所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

8.一种氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维，其特征在于：采用如权利要求1至7任一项所述的氮掺杂的窄中孔分布的碳纳米纤维的制备方法制得，其表面氮含量大于0.5 at.%，中孔分布窄，主要集中在孔宽为3-10 nm的中孔，孔宽为3-10 nm的孔容大于0.10 cm³/g。