[发明专利]一种高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法及其应用

权利要求书

1.一种高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法，其特征在于：在碳纤维毡的后处理过程中，将碳纳米管、碳纳米壁、碳纳米纤维或纳米氧化石墨烯典型功能性基团通过生长、沉积或粘结的方法种植在碳纤维毡的碳纤维丝表面，形成具有较高比表面的碳纤维毡复合电极；碳纤维毡后处理之前的比表面为0.1～1.0m²·g^-1，接触角为100～120°，制备得到的高比表面碳纤维毡的比表面为50～100m²·g^-1，接触角为50～80°。

2.按照权利要求1所述的高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法，其特征在于：所选择的碳纤维毡为聚丙烯腈基石墨毡、粘胶基石墨毡、纤维素基石墨毡、沥青基石墨毡中的任意一种；或者，聚丙烯腈基碳毡、粘胶基碳毡、纤维素基碳毡、沥青基碳毡中的任意一种，厚度为1～10mm。

3.按照权利要求1所述的高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法，其特征在于：优选的，碳纤维毡为聚丙烯腈基石墨毡，厚度为3～6mm。

4.按照权利要求1所述的高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法，其特征在于：所选择的纳米功能性基团的种植方法采用以下三种方法之一：

(1)碳纳米管、纳米氧化石墨烯的直接粘结：将碳纳米管或氧化石墨烯分散于Nafion/乙醇溶液中，配制成纳米功能性基团的分散液，然后将碳纤维毡浸泡于此分散液中，至吸收完全后放入烘箱中烘干，最后对其进行碳化处理后得碳纳米管或纳米氧化石墨烯修饰的高比表面碳纤维毡复合电极；

(2)碳纳米管在催化剂作用下的化学生长：将碳纤维毡浸泡于Fe或Ni的盐溶液中，烘干后将其置于H₂/Ar混合气中进行催化剂的热还原，然后在碳源混合气中通过化学气相沉积技术实现碳纳米管在碳纤维表面的化学生长，最后对其进行碳化处理后得碳纳米管修饰的高比表面碳纤维毡复合电极；

(3)碳纳米管、纳米纤维和纳米壁在石墨毡纤维上的化学沉积：直接在碳源混合气中通过热分解方法实现碳纳米管、纳米纤维和纳米壁在石墨毡纤维上的化学沉积，最后对其进行碳化处理后得碳纳米管、纳米纤维和纳米壁修饰的高比表面碳纤维毡复合电极。

5.按照权利要求4所述的高比表面碳纤维毡的种树效应构建方法，其特征在于：方法(1)中，所涉及的Nafion/乙醇溶液的重量浓度为0.01％～0.1％，碳纳米管或氧化石墨烯的分散液浓度为1～10mg·mL^-1，烘干过程中烘箱的温度为50～150℃，烘干时间为1～24h，碳化过程中碳化温度为500～1500℃，碳化时间为1～6h；

方法(2)中，所涉及的Fe或Ni盐溶液的浓度为0.1～3mol·L^-1；烘干过程中烘箱的温度为50～150℃，烘干时间为1～24h；金属盐热还原过程中H₂/Ar混合气的摩尔比例为1:15～1:5，还原温度为500～800℃，还原时间为1～5h；所选取的化学气相沉积的氛围为碳源气体甲苯、甲烷或乙炔和H₂的混合气，其摩尔比例为1:30～30:1，沉积温度为600～1000℃，沉积时间为0.5～3h；碳化过程中碳化温度为500～1500℃，碳化时间为1～6h；

方法(3)中，所涉及的热分解的氛围为碳源气体甲苯、甲烷或乙炔和H₂的混合气，其摩尔比例为1:30～30:1，沉积温度为600～1000℃，沉积时间为1～5h，碳化过程中碳化温度为500～1500℃，碳化时间为1～6h。