一种碳纤维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CN113373552A(43)申请公布日2021.09.10(21)申请号202110728672.4(22)申请日2021.06.29(71)申请人苏州大学地址215137江苏省苏州市相城区济学路8号(72)发明人邹贵付赵杰李路王昊(74)专利代理机构苏州根号专利代理事务所(普通合伙)32276代理人仇波(51)Int.Cl.D01F9/22(2006.01)D01F11/12(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图3页(54)发明名称一种碳纤维及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种碳纤维及其制备方法和应用。该制备方法包括：将造孔剂加入到聚丙烯腈溶液中，配制成前驱体混合溶液；向前驱体混合溶液中盐酸，形成均匀的溶液并进行静电纺丝，得到静电纺丝纤维样品；将电纺丝纤维样品进行预氧化处理和碳化处理，研磨形成粉末；将粉末浸泡于氢氧化钾溶液中，经过搅拌、清洗、抽滤、烘干；将烘干后的粉末与氢氧化钾混合，进行退火处理，经过清洗、抽滤、烘干，得到碳纤维。由上述制备方法制备得到的碳纤维可以用于电催化、锂离子电池、锂硫电池等中。CN113373552ACN113373552A权利要求书1/1页1.一种基于静电纺丝的碳纤维的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将造孔剂加入到聚丙烯腈溶液中，配制成前驱体混合溶液；向所述前驱体混合溶液中盐酸，形成均匀的溶液并进行静电纺丝，得到静电纺丝纤维样品；将所述静电纺丝纤维样品进行预氧化处理和碳化处理，研磨形成粉末；将所述粉末浸泡于氢氧化钾溶液中，搅拌、清洗、抽滤、烘干；将烘干后的粉末与氢氧化钾混合，进行退火处理，清洗、抽滤、烘干，得到所述碳纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述聚丙烯腈溶液为聚丙烯腈与N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液；优选地，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈与N,N‑二甲基甲酰胺的混合比例为(0.5‑1.5)g:20mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述造孔剂为四乙氧基硅烷；优选地，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈与所述造孔剂的混合比例为(0.5‑1.5)g:(1‑2)mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述盐酸的浓度质量分数为37％；优选地，所述聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈与所述盐酸的混合比例为(0.5‑1.5)g:(5‑20)μL。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述静电纺丝的工艺条件为：喷丝头和铝箔收集器的距离为18cm‑25cm，正电压数值20kV‑25kV，注射器的推速为(0.05‑0.2)mm/min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述预氧化处理为：空气氛围、预氧化温度为250℃‑300℃、预氧化时间为60min‑180min。7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，碳化处理为：氩气氛围，碳化处理的温度为700℃‑900℃、碳化处理的时间为60min‑120min。8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将所述粉末浸泡于氢氧化钾溶液时，所述氢氧化钾溶液浓度为3摩尔/升‑6摩尔/升，搅拌时间为12h‑36h，烘干所用的温度为60℃‑180℃；优选地，将所述烘干后的粉末与氢氧化钾混合时，所述烘干后的粉末与氢氧化钾的混合质量比例为0.5‑2：0.5‑2；退火处理是在氩气氛围中700℃‑900℃下退火120min‑240min。9.一种碳纤维，该碳纤维是通过权利要求1‑8任一项所述的基于静电纺丝的碳纤维的制备方法制备得到的；其中，该碳纤维的比表面积至少为2530.5m2g‑1，最小孔径分布为1.7nm。10.权利要求10所述的碳纤维的应用，该碳纤维用于电催化、锂离子电池、锂硫电池中。2CN113373552A说明书1/9页一种碳纤维及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及一种碳纤维的制备方法，尤其涉及一种同时具有大比表面积和微孔的碳纤维的制备方法，属于多孔碳材料制备技术领域。背景技术[0002]多孔碳材料因其独特的性能而备受关注，它们拥有高表面积、大孔体积和独特的孔径分布的特点，具有很大的应用潜力[Chem.Rev.,2015,115,5159]。另外，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料可根据孔径大小分为三类：微孔(孔径小于2nm)、介孔(孔径在2至50nm)和大孔(孔径大于50nm)。然而，具有宽孔径分布的活性碳具有许多局限性，例如低电导率、低传质和低结构稳定性的缺点，阻碍了在催化和电化学方面的应用。为了克服这些缺点，人们尝试通过各种方法来制备具有窄孔径分布、高比表面积和高电导率的高质量多孔碳材料。然后通过将多孔碳与其它材料进行复合，可得到许多特殊功能性材料，实现增强的性能，并应用于多种领域。[0003]制备多孔碳材料的方法主要包括硬模板法、