三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113277495A(43)申请公布日2021.08.20(21)申请号202110546834.2H01G11/36(2013.01)(22)申请日2021.05.19H01M4/90(2006.01)H01M4/86(2006.01)(71)申请人南京晓庄学院C25B11/075(2021.01)地址211171江苏省南京市江宁区弘景大C25B1/04(2021.01)道3601号B82Y30/00(2011.01)(72)发明人郑波刘光祥郎雷鸣周钺B82Y40/00(2011.01)陈文书潘兆瑞(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人邓道花(51)Int.Cl.C01B32/162(2017.01)C01B32/168(2017.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/30(2013.01)权利要求书1页说明书9页附图6页(54)发明名称三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括：S1使用有机过渡金属盐、含氮杂原子化合物和PDA表面改性的泡沫镍混合制备共催化剂前驱体；S2共催化剂催化碳纳米管生长，制得不同温度下自支撑碳纳米管复合材料：将步骤S2中制得的共催化剂前驱体放入管式炉，在氮气的条件下，升温速率3～8℃/min，直至升温至600℃～800℃，并保持1.5～3小时煅烧制得。本发明的制备方法为三维碳纳米管阵列复合材料提供了简单、有效、低成本、普适性强的制备方法，便于将三维碳纳米管阵列复合材料大规模地生产以及使用其制造超级电容器。CN113277495ACN113277495A权利要求书1/1页1.三维碳纳米管阵列复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：S1，使用有机过渡金属盐、含氮杂原子化合物和PDA表面改性的泡沫镍混合制备共催化剂前驱体；S2，共催化剂催化碳纳米管生长，制得不同温度下自支撑碳纳米管复合材料：将步骤S2中制得的共催化剂前驱体放入管式炉，在氮气的条件下，升温速率3～8℃/min，直至升温至600℃～800℃并保持1.5～3小时煅烧制得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述PDA表面改性的泡沫镍为在泡沫镍为基底上进行聚多巴胺包覆修饰处理制得。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述PDA表面改性的泡沫镍在制备时，通过调节多巴胺浓度和聚合时间以控制聚合层的厚度。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述含氮杂原子化合物包括三聚氰胺、聚丙烯腈、氨基酸、双氰胺、密胺树脂和聚丙烯酰胺中的其中一种或者数种任意组合。5.根据权利要求1‑4任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述有机过渡金属盐为铁盐或钴盐，包括但是不限于乙酰丙酮铁、乙酸铁、二茂铁、乙酰丙酮钴以及乙酸钴中的任意一种。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述共催化剂前驱体在制备时，1）先将有机过渡金属盐和含氮杂原子化合物分散在乙醇中，搅拌均匀获得分散液；2）再将PDA@NF置于上述分散液中，搅拌10‑14h；3）干燥上述混合物。7.多功能自支撑高强度三维碳纳米管阵列复合材料，其特征在于：采用权利要求1‑6任意一项的制备方法制得。8.一种超级电容器，其特征在于：采用权利要求7的多功能自支撑高强度三维碳纳米管阵列复合材料作为制备超级电容器的电极材料。2CN113277495A说明书1/9页三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及电化学能源存储与转换技术领域，特别是涉及多功能自支撑高强度三维碳纳米管阵列复合材料的制备方法、碳纳米管阵列复合材料、使用该碳纳米管阵列复合材料的超级电容器、电解水制氢、燃料电池和金属空气电池。背景技术[0002]随着化石能源枯竭以及人们对能源需求的不断增加，发展可替代的能量存储与转换器件变得尤为重要。具有复合结构或者多功能的纳米电极已经被提出用来调控纳米材料的表面和界面化学，以提升电极材料的电荷存储能力，并取得了许多重要的进展。然而基于纳米材料的粉末电极通常包含粘结剂和添加剂，它们可能覆盖纳米材料的活性位点，从而削弱了纳米材料自身的优势。设计无粘结剂的电极结构并充分利用电化学能量存储器件的相关表面和界面是解决上述问题的一种有效方法。[0003]一维碳纳米管作为碳材料的一种，拥有极高的纵横比，重量轻，厚度小，使得其具有高比表面积，使得它表现出良好的导电性、机械性能、稳定性能等，受到科研界和工业界的青睐。碳纳米管合成方法有多种，基本是由特定的碳氢化合物经催化分解制备，通过调节合成条件参数，形成不同的微观晶体结构。每一种方法都包含着复杂的化学过程，因此不同方法制备的碳