[发明专利]一种氮掺杂碳纳米纤维及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法，包括步骤（1）材料前驱体制备与高温碳化；（2）氮掺杂碳纳米纤维制备。本发明以镍盐和钴盐作为催化剂，以葡萄糖作为碳源，以三聚氰胺和双氰胺作为氮源，将它们的混合物通过简单的高温热解，制备出氮掺杂的碳纳米纤维。这种碳纳米纤维的管径小，并且在高温热解形成碳纳米纤维的同时，氮也掺杂进入碳结构内部。这种氮掺杂的碳纳米纤维作为电化学超级电容器的电极材料具有优异的性质，并且它的制备过程简单，操作容易；使用的原料成本低，容易获得。本发明的制备氮掺杂的碳纳米纤维的方法不仅可用于实验室研究，也可用于工业上大规模生产，具有重要的研究与应用价值。

主权项

一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）材料前驱体制备：将镍盐或钴盐或镍盐与钴盐的混合盐、葡萄糖、三聚氰胺和双氰胺加入到去离子水中，在室温下充分搅拌，形成均匀分散液；随后，将该分散液在80OC水浴中真空加热，除去水份，将得到的固体于40OC下真空干燥，得到的固体为材料前驱体；所述的镍盐或钴盐或混合盐、葡萄糖、三聚氰胺、双氰胺的质量比为：镍盐或钴盐或混合盐：葡萄糖：三聚氰胺：双氰胺 = 1～ 15：1～ 30：5 ～ 100：10 ～ 150；所述混合盐中，镍盐与钴盐的质量比为（1 ~ 100）：（0.1 ~ 50）；（2）材料前驱体高温碳化制备：将上述材料前驱体在氮气气氛下，以4 oC min‑1的升温速度加热到550OC，并保持该温度一定时间；随后以2 oC min‑1的升温速度继续升温到820OC，并保持该温度一定时间；最后在氮气氛下自然冷却到室温，得到黑色固体颗粒，收集，待处理；（3）氮掺杂碳纳米纤维制备：将上述黑色固体颗粒置于2 mol L‑1的H2SO4中，于室温下缓慢搅拌，过滤，用纯水洗至中性，最后用无水乙醇洗，将得到的固体于400C下真空干燥，得到氮掺杂碳纳米纤维。