專利名稱：一種高比表面積納米碳纖維的制備方法
技術領域：
本發明屬于一種高比表面積納米碳纖維(CNF)的制備方法。
背景技術：
雙電層電容器是一種介于普通電容器與二次電源之間的新型儲能器件。它既具有普通電容器的高比功率和高循環充放電特性，又具有二次電池的高比容量儲能性能，并且體積小、工作溫度寬、可靠性高，因此可以廣泛微機存儲器的后備電源、電動汽車啟動和爬坡時的輔助動力電源以及大型機電設備的輔助動力電源。由于活性炭等多孔質炭材料具有比表面積大，各種酸、堿溶液中化學性質穩定，以及價格較便宜，因此，活性炭等多孔質炭材料廣泛地用于雙電層電容器的電極材料。但除此以外，作為雙電層電容器的電極材料還需要有較高的電導率。相對于常規的多孔質炭材料，CNF是一種石墨化程度比較高的炭材料，具有較高的電導率和化學穩定性，適于應用于電容器的電極材料。其缺點是其孔隙不發達。C.Merino等(carbon，43(2005)，551-557carbon nanofibres andactivated carbon nanofibres as electrodes in supercapacitors)已采用氫氧化鉀活化法制備比表面積在200m2/g的多孔質CNE，其比電容達到60F/g。
發明內容
本發明的目的是以低比表面積CNF為原料制備孔隙發達的高比表面積CNF，以應用于雙電層電容器。
本發明的制備方法如下一種高比表面積納米碳纖維的制備方法，它基本上由下列步驟組成步驟1.將未經處理的納米碳纖維(比表面積在80m2/g左右)直接與活化劑KOH或NaOH以1∶2～1∶7的質量比混合研磨約5min；步驟2.將研磨后的混合物在惰性氣氛下，以2～5℃/min的升溫速度升至500～700℃，預活化30-60min；再以2.5～5℃/min的升溫速度升溫至700～900℃活化30-60min；步驟3.將步驟2得到的活化料在惰性氣氛下冷卻至室溫后，經水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面積高于540m2/g的高表面積納米碳纖維。
本發明的高比表面積納米碳纖維的制備方法簡便易行，得到的納米碳纖維的比表面積可高達1060m2/g。
圖1為納米碳纖維(CNF)及高比表面納米碳纖維的透射電子顯微鏡(TEM)照片(放大50000倍)，其中圖1a為未用本發明方法處理的納米碳纖維；圖1b為實施例8所得的納米碳纖維；圖1c為實施例9所得的納米碳纖維；圖1d為實施例7所得的納米碳纖維；圖1e為實施例1所得的納米碳纖維；圖1f為實施例5所得的納米碳纖維；圖1g為實施例6所得的納米碳纖維。
具體實施例方式
以下實施例對本發明作進一步說明。
實施例1.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為300ml/min，以2.5℃/min升溫至600℃，保溫30min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至850℃，活化30min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為929m2/g(BET法，下同)，活化得率為46％。見圖1e實施例2稱取稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為100ml/min，以2.5℃/min升溫至600℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至800℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為1041m2/g，活化得率為59.2％。
實施例3稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為300ml/min，以5℃/min升溫至500℃，保溫60min；然后再以2.5℃/min的升溫速度升溫至700℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為662m2/g，活化得率為56.2％。
實施例4.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為100ml/min，以2.5℃/min升溫至600℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至900℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為720m2/g，活化得率為30％。
實施例5稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入24.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為100ml/min，以2.0℃/min升溫至600℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至850℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為1020m2/g，活化得率為51％。見圖1f。
實施例6.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入28.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為100ml/min，以2.5℃/min升溫至600℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至850℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為1060m2/g，活化得率為47％。見圖1g。
實施例7.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入16.00g NaOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為300ml/min，以2.5℃/min升溫至600℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至850℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為750m2/g，活化得率為53％。見圖1d。
實施例8.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入8.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為300ml/min，以2.5℃/min升溫至700℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至900℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為540m2/g，活化得率為60％。見圖1b。
實施例9.
稱取4.00g未經任何處理的CNF(比表面積為80m2/g)，加入12.00g KOH直接混合研磨，放入鎳舟中，在活化爐中進行活化。其活化條件為高純氮氣作為保護氣，氮氣流速為300ml/min，以2.5℃/min升溫至700℃，保溫60min；然后再以5℃/min的升溫速度升溫至900℃，活化60min在氮氣的保護下冷卻至室溫，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面積為537m2/g，活化得率為58％。見圖1c。
權利要求
1.一種高比表面積納米碳纖維的制備方法，其特征是它基本上由下列步驟組成步驟1.將未經處理的納米碳纖維直接與活化劑KOH或NaOH以1∶2-1∶7的質量比混合研磨5min；步驟2.將研磨后的混合物在惰性氣氛下，以2～5℃/min的升溫速度升至500～700℃，預活化30-60min；再以2.5～5℃/min的升溫速度升溫至700～900℃，活化30-60min；步驟3.將步驟2得到的活化料在惰性氣氛下冷卻至室溫后，經水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面積高于540m2/g的高表面積納米碳纖維。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是所述的惰性氣氛下是氮氣氛下。
全文摘要
一種高比表面積納米碳纖維的制備方法，它是將未經處理的納米碳纖維直接與活化劑KOH或NaOH以1∶2－1∶7的質量比混合研磨，然后混合物在惰性氣氛下，以2～5℃/min的升溫速度升至500～700℃，預活化30－60min；再升溫至700～900℃活化30－60min，活化料在惰性氣氛下冷卻至室溫后，經水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面積高于540m
文檔編號D01F11/10GK1831220SQ20061003806
公開日2006年9月13日 申請日期2006年1月26日 優先權日2006年1月26日
發明者左宋林, 沈儉一, 黃玉安 申請人:南京大學