[发明专利]一种三维氮掺杂碳纳米管纤维电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将六水硝酸钴、氟化铵、尿素和九水硝酸铁放入水中溶解，并搅拌后得到混合水溶液；

S2：将碳纳米管纤维浸没在所述步骤S1制备得到的混合水溶液中，水热处理后冷却至室温，得到表面生长钴铁纳米颗粒的碳纳米管纤维；

S3：将所述步骤S2得到的表面生长钴铁纳米颗粒的碳纳米管纤维置于管式炉中，以三聚氰胺为碳源，将所述三聚氰胺放置在所述表面生长钴铁纳米颗粒的碳纳米管纤维上游，进行化学气相沉积，得到三维氮掺杂碳纳米管纤维电极。

2.根据权利要求1所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述六水硝酸钴、氯化铵、尿素、九水硝酸的质量配比为(0.8-1.5)：(0.1-1)：(1-2)：(0.5-1)。

3.根据权利要求1所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述搅拌的条件为在常温下搅拌5-20分钟。

4.根据权利要求1所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述水热处理的条件为：在80-120℃的温度下水热反应20-50分钟。

5.根据权利要求1所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S2结束后与所述步骤S3开始之间还包括对所述碳纳米管纤维进行干燥处理的步骤，包括：将所述碳纳米管纤维取出后用去离子水、乙醇清洗并置于真空干燥箱干燥3-12小时。

6.根据权利要求1所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述三聚氰胺的质量为1-3g，且所述步骤S3中，所述化学气相沉积采用的沉积气氛为氮气或氩气；所述化学气相沉积的条件为：以1-8℃/min的升温速度,将所述管式炉的温度升至400℃，保温1-3小时，之后继续升温至800℃保温1-3小时，最后待所述碳纳米管纤维自然冷却至室温，得到三维氮掺杂碳纳米管纤维电极。

7.一种三维氮掺杂碳纳米管纤维电极，其特征在于，所述电极通过权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到，且所述电极的直径为50-150μm。

8.一种三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的应用，其特征在于，所述应用包括将权利要求7所述的三维氮掺杂碳纳米管纤维电极应用至锌离子混合超级电容器中。

9.根据权利要求8所述三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的应用，其特征在于，所述应用包括：以锌纳米片电沉积至碳纳米管纤维电极作为负极，以所述三维氮掺杂碳纳米管纤维电极作为正极，以聚乙烯醇和三氟甲基磺酸锌混合凝胶作为电解质组装得到锌离子混合超级电容器。

10.根据权利要求9所述三维氮掺杂碳纳米管纤维电极的应用，其特征在于，所述负极的制备方法为：以碳纳米管纤维作为正极，锌片作为负极，在30mA cm^-2恒定电流密度下进行30分钟的电沉积后得到负极；所述电解质由0.5M ZnSO₄7H₂O、1M Na₂SO₄以及0.3M H₃BO₃溶液混合而成。