石墨化碳包覆纳米金属颗粒的多级结构材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨化碳包覆纳米金属颗粒的多级结构材料及其制备方法。材料由碳纤维及其表面交叉站立的纳米片组成，其中，碳纤维为直径20～1500nm的高聚物的碳化物，纳米片由纳米金属颗粒外包覆石墨化碳构成，其片高70～300nm、片厚20～100nm，纳米金属颗粒径为5～30nm；方法先对高聚物溶液静电纺丝，再将纺得的高聚物纤维加入可溶性金属盐溶液中后置于密闭状态，于温度80～200℃下反应，得中间产物——其表面交叉站立有纳米片的高聚物纤维，之后，先将中间产物置于高聚物混合溶液或高聚物与可溶性金属盐的混液中浸润后干燥，再将其置于还原性气氛中于600～1300℃下反应，制得目的产物。它抗中毒性好、比表面积高，可广泛用于燃料电池、锂离子电池和超级电容器中。

主权项

一种石墨化碳包覆纳米金属颗粒的多级结构材料，其特征在于：所述多级结构材料由碳纤维及其表面交叉站立的纳米片组成；所述碳纤维为高聚物的碳化物，其直径为20～1500nm；所述纳米片的片高为70～300nm、片厚为20～100nm，其由纳米金属颗粒外包覆石墨化碳构成；所述纳米金属颗粒的粒径为5～30nm；所述石墨化碳包覆纳米金属颗粒的多级结构材料由以下方法获得：步骤1，先将浓度为1～35wt％的高聚物溶液置于静电纺丝机上进行纺丝，得到直径为20～1500nm的高聚物纤维，再按照重量比为0.1～20：80～99.9的比例将高聚物纤维加入可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的一种或两种以上混合物的溶液中，并将其一起置于密闭状态，于温度为80～200℃下反应至少1h后进行固液分离，其中，可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的一种的溶液由可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的一种、尿素和乙醇按照重量比为0.6～0.8：0.1～0.3：40的比例配制，可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的两种以上混合物的溶液由可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的两种以上混合物、浓度为40～60vol％的乙醇水溶液和六亚甲基四胺按照摩尔比为1.4～1.6：1.0～1.4：3的比例配制，得到中间产物——其表面交叉站立有纳米片的高聚物纤维；步骤2，先按照重量比为0.01～10：90～99.99的比例将中间产物置于高聚物混合溶液或高聚物与可溶性金属盐的混液中浸润后，取出干燥，其中，高聚物混合溶液为聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液、聚乳酸二氯甲烷溶液、聚甲基丙烯酸甲酯N,N—二甲基甲酰胺溶液、聚乙烯醇水溶液、聚酰胺正丁醇溶液和二甲苯溶液中的一种或两种以上的混合溶液，高聚物与可溶性金属盐的混液由前述高聚物混合溶液与可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铜盐、可溶性铁盐中的一种或两种以上的混合物按照重量比为80～99.9：0.1～20的比例配制，得到其表面覆有高聚物或高聚物与可溶性金属盐混合物的中间产物，再将其表面覆有高聚物或高聚物与可溶性金属盐混合物的中间产物置于还原性气氛中，于600～1300℃下加热1～60min，制得石墨化碳包覆纳米金属颗粒的多级结构材料。