[发明专利]一种自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

配制含三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的溶液；

采用静电纺丝技术将所述含三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的溶液制成复合纳米纤维；

将所述复合纳米纤维进行预氧化处理，得到自支撑多级结构复合纳米纤维；

将所述自支撑多级结构复合纳米纤维进行热处理，得到自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述三价钒源选自氟化钒、氯化钒、溴化钒和碘化钒中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机配体选自1,3,5-苯三甲酸、1,4-环己烷二甲酸、1,4-苯二甲酸、1,4-萘二甲酸和5-羟基间苯二甲酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述含三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的溶液中，所述三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的质量比为(1～2):(0～2):(1～3)。

5.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述含三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的溶液通过以下方法制备得到：将三价钒源、有机配体和聚丙烯腈溶解于极性有机溶剂中，并搅拌，得到所述含三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的溶液；其中，所述三价钒源、有机配体和聚丙烯腈的总质量与极性有机溶剂的质量比为0.1～0.3；所述极性有机溶剂选自N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、硝酸亚乙基酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，进行静电纺丝时，电压为15～25keV，环境湿度控制在10％～30％，收集滚筒的转速为300～600r/min，金属针头距离收集滚筒的距离为10～25cm。

7.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述复合纳米纤维进行预氧化处理的步骤，具体包括：在空气氛围下，以1～5℃/min的升温速度将所述复合纳米纤维在150～250℃下保温6～12h。

8.根据权利要求1所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述自支撑多级结构复合纳米纤维进行热处理的步骤，具体包括：在保护性气氛中，以1～5℃/min的升温速度将所述自支撑多级结构复合纳米纤维在600～900℃下保温1～5h。

9.一种自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料，其特征在于，所述自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料采用权利要求1～8任一所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料的制备方法制得。

10.权利要求9所述的自支撑多级结构氮化钒基碳纳米纤维复合材料作为电极材料在锂离子电池、钠离子电池、水系锌离子电池、锂硫电池或超级电容器中的应用。