[发明专利]静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维及其制备与应用

权利要求书

1.一种静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，由原位聚合法在静电纺多孔纤维上原位生长聚多巴胺，由浸渍法使钴离子附着在纤维表面，经高温碳化后，与硫共混升华制备而成。

2.如权利要求1所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维的比表面积为150～400m²/g，钴含量为5～30％，硫含量为60～70％。

3.权利要求1或2所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：制备静电纺多孔纤维；

步骤2：将静电纺多孔纤维在Tris盐酸与盐酸多巴胺的混合溶液中浸泡，调节pH为8～10，在50～90℃水浴加热进行原位聚合，得到聚多巴胺包覆的聚苯乙烯多孔纤维；

步骤3：将聚多巴胺包覆的聚苯乙烯多孔纤维在乙酸钴溶液中浸泡，得到有钴离子附着的聚多巴胺包覆聚苯乙烯多孔纤维；

步骤4：将钴离子附着的聚多巴胺包覆聚苯乙烯多孔纤维在氮气或惰性气体保护下600～1000℃进行高温碳化，制备得到静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维；

步骤5：将升华硫与静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米纤维以质量比1.5:1～4:1混合，在150～180℃反应得到静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维。

4.如权利要求3所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，所述的静电纺多孔纤维的制备方法包括：将聚合物切片加入到溶剂中，持续搅拌，将所得的聚合物溶液进行静电纺丝，以接收浴接收，得到静电纺多孔纤维。

5.如权利要求4所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，所述的聚合物为聚苯乙烯，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，聚合物溶液的固含量为15～40％，接收浴为乙醇；所述的静电纺丝的工艺参数为：纺丝正极电压设定为9～10kV，负极电压设定为-1～-2kV，接收浴液面与纺丝针头间距离为9～10cm。

6.如权利要求3所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，所述的混合溶液中Tris盐酸的浓度为0.005～0.015mol/L，盐酸多巴胺的浓度为0.005～0.05mol/L，所述的步骤2中的浸泡时间范围为1～4h，pH为8.5～9。

7.如权利要求3所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维，其特征在于，所述的步骤3中的乙酸钴溶液浓度范围为0.01～1mol/L，浸泡时间范围为8～24h。

8.如权利要求3所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的高温碳化的温度为700～800℃，高温碳化时间为1～3h。

9.如权利要求3所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维的制备方法，其特征在于，所述的升华硫与氮掺杂多孔碳纳米纤维的质量比为2:1～3:1，反应温度为155～160℃，反应时间范围为12～30h。

10.权利要求1或2所述的静电纺钴/氮掺杂多孔碳纳米复合纤维形成的三维网络结构在作为锂硫电池的电极材料中的应用。