[发明专利]一种Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明以静电纺丝法再经炭化制备了Cu‑Ag/碳纳米纤维复合材料，本发明方法所制得的Cu‑Ag/CNF复合材料具有较高的比表面积和电导率，较高的比表面积能够产生较多的活性位点以能够使电子或离子较容易转移，应用于超级电容器的阳极材料时能有效生成比电容大、循环性能好、寿命长、污染低的电极材料，这是因为负载在碳纤维上的金属Cu和Ag在一定程度上有助于提高电极导电性，提高库仑效率，并最终提高电极的循环性能；并且优化了工艺反应条件，大幅简化了合成工艺并缩减了成本。

技术领域

本发明涉及碳纤维领域，具体涉及一种Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳基材料已广泛应用于各种形式的超级电容器电极材料中，虽然碳基电极具有优异的循环稳定性、长寿命和高功率密度，但与金属氧化物相比，碳基电极的比电容通常较低；而尽管金属氧化物在超级电容器电极上的应用具有一定的优势，特别是其较高的理论比电容，但仍存在一些不足，例如电导率低、充放电过程中产生体积变化，这些不足通常导致电极的速率性能和长期稳定性较差，限制了其在超级电容器中的实际应用；于是将碳基材料与金属粒子结合形成复合电极是重要的研究方向。

针对现有技术通过检索发现：徐继任发表的《C@MnO₂复合材料的制备及其超电容性能研究》使用的静电纺丝和水热处理两步法，利用静电纺丝制备CNF，然后通过水热法将MnO₂负载在CNF上，但是该方法在制备过程中容易引入杂质、而且操作复杂、不容易实现工业化；Lihua Yang发表的《Fabrication of Cu₂O/Ag composite nanoframes as surface-enhanced Raman scattering substrates in a successive one-pot procedure》文章，最终产物含有金属氧化物，这就导致导电率较低和循环稳定性较差。

目前，电极材料的载体主要以碳黑为主，而纳米碳材料由于其较好的导电导热等性能不断地被研究，纳米碳纤维作为一种新型的碳材料，由于具有多种优越的物理和化学性质，是应用前景较好的新型材料。目前研究纳米金属粒子Cu、Ag负载在碳纳米纤维上作为超级电容器的电极材料这方面的研究很少。

发明内容

为了解决碳纳米纤维作为碳基电极时比电容低、循环性能较差的技术问题，而提供一种Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料，金属单质铜和银负载在碳纳米纤维，所述金属单质铜和银的负载量wt％分别为17％～29％和30％～58％。

上述Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纺丝液的制备：将聚丙烯腈溶于良溶剂中，搅拌均匀得到溶液A；将铜盐倒入溶液A中，室温下搅拌得到混合溶液B；将银盐倒入混合溶液B中，室温下搅拌得到混合溶液C；

(2)前驱体的制备：将混合溶液C进行静电纺丝，静电纺丝完成后在室温下干燥，制得前驱体Cu-Ag/PAN纳米纤维；

(3)Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料的制备：将步骤(2)所得前驱体置于惰性气体下煅烧制得Cu-Ag/碳纳米纤维复合材料(Cu-Ag/CNF)。

进一步地，步骤(1)中所述的良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

进一步地，步骤(1)中所述铜盐为醋酸铜、氯化铜或硝酸铜。

进一步地，步骤(1)中所述银盐为醋酸银、氯化银或硝酸银。

进一步地，步骤(1)中铜盐、银盐、聚丙烯腈的质量比为1:1:(0.1～5)。

优选地，步骤(1)中铜盐、银盐、聚丙烯腈的质量比为1:1:(0.5～5)。