[发明专利]一种使用真空磷化技术实现碳纤维表面改性的方法

说明书

本发明公开了一种真空磷化处理碳纤维的方法，包括以下步骤：将清除表面浆剂及杂质后的碳纤维与磷源加入到加热容器中真空密封，于700～900℃条件下煅烧1～2h，冷却后即得到真空磷化处理的表面改性碳纤维。本发明还公开了由所述方法制备的真空磷化处理的表面改性碳纤维及其应用。本发明的真空磷化处理的表面改性碳纤维，其电化学检测性能大大优于现有方法制备的磷化碳纤维电极。

技术领域

本发明涉及碳纤维表面改性技术领域，具体涉及一种真空磷化处理碳纤维的方法及其在电催化解水、电化学检测一氧化氮及相类似方面的应用。

背景技术

碳纤维作为一种新型非金属材料，具有高比强度、导电导热性等优点。碳纤维生产生活中很少直接使用，大多是经深加工制成中间产物或复合材料使用，加工工艺不仅会影响碳纤维表面结构，也会进一步影响碳纤维的其他性能。未经改性处理的碳纤维，其表面呈现化学惰性，活性比表面积小，缺乏活性官能团；加工处理时，两相界面的浸润性和黏结性比较差，使得碳纤维某些优异性能难以充分发挥。因此，碳纤维表面改性的研究具有极其重要的意义。

近年来，在国内外已开展多种碳纤维表面改性技术的研究中，主要方法有气相及液相氧化处理、等离子体处理法、电化学改性处理、高能射线辐照接枝、表面涂层等，这些方法在一定程度上能够改善复合材料的界面性能，但各有不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种真空磷化处理碳纤维的方法，该方法简单，节省成本，工艺重复性强，且处理后的碳纤维在亲水性以及电化学活性方面都有了显著的提升。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种真空磷化处理碳纤维的方法，包括以下步骤：

将清除表面浆剂及杂质后的碳纤维与磷源加入到加热容器中真空密封，于700～900℃条件下煅烧1～2h，冷却后即得到真空磷化处理的表面改性碳纤维。

本发明中，运用真空磷化技术对碳纤维进行表面改性处理，三氯化磷等磷源在高温真空环境下对碳纤维表面进行刻蚀，能够有效改变碳纤维的表面自由能大小和表面粗糙程度即表面积的大小。被磷化刻蚀后的碳纤维，比表面积增加，吸附活性提高；尤其是表面结构的改变，显著提升了碳纤维在电化学检测一氧化氮及电解水等方面的性能。

本发明较佳的实施例中，所述磷源包括磷酸盐、三氯化磷、五氯化磷和磷酸。更优选地，所述磷源为三氯化磷。

本发明中，所述的碳纤维基底可以是各种规格的碳纤维。在较佳的实施例中，当碳纤维为2×3cm²时，所述磷源磷源的用量为50-150微升。

本发明较佳的实施例中，所述加热容器为石英管，其能耐高温，且在高温下稳定性好，不会与碳纤维或磷源发生反应。

本发明较佳的实施例中，所述密封方法具体为：使用真空封管机在液氮保护下进行真空密封。

本发明较佳的实施例中，所述煅烧的温度为700℃，煅烧时间为2h。

本发明较佳的实施例中，所述煅烧于惰性气体保护下进行，优选为氮气气氛。

本发明另一方面提供了由所述的方法制备得到的真空磷化处理的表面改性碳纤维。

本发明还提供了所述的真空磷化处理的表面改性碳纤维作为电解水催化剂的应用。

本发明还提供了所述的真空磷化处理的表面改性碳纤维在电化学检测一氧化氮上的应用。

本发明的有益效果：

1.与现有技术相比，本发明采用真空密封的方式进行煅烧后，优点是：磷化处理效率高，更加节省磷源，既高效又经济，易于工业化的规模生产。