[发明专利]一种负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料及其制备方法与应用，制备方法包括将氢氧化铜在水热条件下与用硝酸预处理后的碳纤维进行复合，得到氧化铜包覆的碳纤维，再用硼氢化钠溶液还原得到负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料。与现有技术相比，本发明得到的负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料具有大的比表面积和活性位点，应用于超级电容器具有优异的化学性能。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，也涉及能源材料技术领域，具体涉及一种负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

碳纤维(Carbon fibers CFs)是由聚丙烯纤维通过氧化、炭化过程制得的含碳量90％以上的纤维，由于其导电导热性好、高比强度、韧性好、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、低密度、等性能优于传统纤维，被越来越多的应用于工业、航天、生物等领域，是新型材料领域的杰出者，带来的社会与经济效益巨大。

碳纤维作为基底负载金属氧化物复合材料具有优良的力学性能，但常见金属与碳纤维的润湿性较差，一些金属氧化物还会和碳纤维发生界面化学反应，降低碳纤维性能，影响复合材料的性能，导致碳纤维应用于超级电容器时循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料及其制备方法与应用，提高碳纤维超级电容器的循环稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料的制备方法，将氢氧化铜在水热条件下与用硝酸预处理后的碳纤维进行复合，得到氧化铜包覆的碳纤维，再用硼氢化钠溶液还原得到负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料。

在金属氧化物中，氧化铜(CuO)是一种常见的金属氧化物，是一种P型半导体，具有1.22-1.55eV窄的能量带隙。氧化铜具有含量丰富、成本低廉、无毒、易制备、化学稳定性高等特点，是一种很好的电极材料。本发明通过对碳纤维表面进行表面改性，能有效的保护碳纤维组织，增强碳纤维和金属氧化物的结合。本发明致力于在柔性碳纤维表面负载氧化铜，并通过硼氢化钠还原引入氧缺陷，从而对碳纤维表面改性，以增加碳纤维的比表面积和表面活性位点。

优选地，所述的氢氧化铜由铜盐溶液和碱溶液反应生成。

进一步优选地，所述的铜盐溶液包括醋酸铜溶液，所述的碱溶液包括NaOH溶液或KOH溶液。

更进一步优选地，所述的醋酸铜溶液的浓度为0.15～0.25mol/L，所述的NaOH溶液或KOH溶液的浓度为0.2～0.4mol/L。

优选地，所述的醋酸铜溶液的浓度为0.2mol/L。

优选地，所述的水热条件包括：水热温度120～160℃，水热时间为12～18h。

进一步优选地，所述的水热温度为120℃，水热时间为15h。

优选地，所述的硼氢化钠溶液的浓度为1.8～2.2mol/L。

进一步优选地，所述的硼氢化钠溶液的浓度为2mol/L。

优选地，所述的还原时间为3～5h。进一步优选地，所述的还原时间为4h。

优选地，所述的负载有氧缺陷型氧化铜的碳纤维复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将铜盐和可溶性碱分别溶于水中，制得铜盐溶液和碱溶液；

(2)在搅拌条件下，将碱溶液滴入铜盐溶液中，进行反应；

(3)在反应后的溶液中加入醇溶液，得到混合溶液；

(4)在混合溶液中加入用硝酸预处理后的碳纤维并放入水热釜中进行水热反应得到氧化铜负载的碳纤维；