[发明专利]一种CF/WO3

说明书

本发明涉及一种CF/WO₃/TiO₂复合材料及其制备与应用，该制备方法包括以下步骤：(1)取碳纤维活化后，与钛源、钨源混合并进行水热处理；(2)将步骤(1)所得水热产物干燥后，煅烧，即得到目的产物。本发明通过在CF表面上构筑WO₃与TiO₂异质结，提高CF的SSA，以及借助WO₃与TiO₂协同效应进而提高其电化性能，从而以提高其电化性能，整体制备工艺简单、成本低，适合大规模商业化生产。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，涉及一种CF/WO₃/TiO₂复合材料及其制备与应用。

背景技术

目前能源消耗主要来源化石燃料。随着人类社会的发展和工业的急速增长，化石燃料的损耗也在急剧增加。过度的消耗将造成能源枯竭，并引发一系列的环境问题，比如温室效应、酸雨和工业污染等。面对这些能源和环境问题，发展环境友好、清洁、安全和稳定的能源技术是研究人员目前亟待解决的科学问题。开发与之相关的具有高能量密度、高功率密度、长寿命的电化学储能器件成为目前重中之重。而新型储能电极材料是保持储能器件高能量、高功率和长寿命的关键。

CF是一种具有优异机械性能和物理、化学性能稳定的含碳纤维材料。由于具有良好的导电性、耐腐蚀性、耐高低温性以及高拉伸强度等优点，被认为理想的储能材料之一。二氧化钛(TiO₂)具有能量密度高，储量丰富，环境友好等特点，同时 TiO₂具有较高的化学稳定性和优异的可逆容量，因而TiO₂是一种极具前景的超级电容器材料。但是，TiO₂的导电性不足，这极大程度限制了TiO₂超级电容器在工业上的应用和发展。三氧化钨(WO₃)作为一种赝电容电极材料，来源丰富、价格低廉、环境友好、具有多种氧化态，理论比容量高达693mAhg^-1且密度大于7g cm^-3，可以在组装紧密性设备时实现功率性能的提升，是一种具有潜在价值的超级电容器电极材料。但同时作为一种过渡金属氧化物，其充放电过程中材料内部存在较大的膨胀/收缩，导致循环性能下降。

目前，尚未见到任何有关将CF、WO₃与TiO₂三者结合起来以提高其电化学性能的相关研究。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种CF/WO₃/TiO₂复合材料及其制备与应用，通过在CF表面上构筑WO₃与TiO₂的异质结，一方面可以提高WO₃与TiO₂导电性，另一方面可以提高CF的SSA，巧妙地将异质结、协同效应与电化学性能结合在一起，应用潜力巨大。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种CF/WO₃/TiO₂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取碳纤维活化后，与钛源、钨源混合并进行水热处理；

(2)将步骤(1)所得水热产物干燥后，煅烧，即得到目的产物。

进一步的，碳纤维活化过程具体为：取碳纤维置于过氧化氢与硫酸的混合溶液中，活化处理，所得产物再通过水洗、超声，即完成活化。

更进一步的，过氧化氢(30wt％)与硫酸(95wt％)的体积比为1:4。

进一步的，所述的钛源为钛酸四丁酯，所述的钨源为钨酸钠。

进一步的，钛源以钛酸四丁酯计，钨源以钨酸钠计，活化后的碳纤维与钛源、钨源的添加量之比为2mg：(2-4)mL：(1-4)g。