专利名称：一种高比表面积纳米碳纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于一种高比表面积纳米碳纤维(CNF)的制备方法。
背景技术：
双电层电容器是一种介于普通电容器与二次电源之间的新型储能器件。它既具有普通电容器的高比功率和高循环充放电特性，又具有二次电池的高比容量储能性能，并且体积小、工作温度宽、可靠性高，因此可以广泛微机存储器的后备电源、电动汽车启动和爬坡时的辅助动力电源以及大型机电设备的辅助动力电源。由于活性炭等多孔质炭材料具有比表面积大，各种酸、碱溶液中化学性质稳定，以及价格较便宜，因此，活性炭等多孔质炭材料广泛地用于双电层电容器的电极材料。但除此以外，作为双电层电容器的电极材料还需要有较高的电导率。相对于常规的多孔质炭材料，CNF是一种石墨化程度比较高的炭材料，具有较高的电导率和化学稳定性，适于应用于电容器的电极材料。其缺点是其孔隙不发达。C.Merino等(carbon，43(2005)，551-557carbon nanofibres andactivated carbon nanofibres as electrodes in supercapacitors)已采用氢氧化钾活化法制备比表面积在200m2/g的多孔质CNE，其比电容达到60F/g。
发明内容
本发明的目的是以低比表面积CNF为原料制备孔隙发达的高比表面积CNF，以应用于双电层电容器。
本发明的制备方法如下一种高比表面积纳米碳纤维的制备方法，它基本上由下列步骤组成步骤1.将未经处理的纳米碳纤维(比表面积在80m2/g左右)直接与活化剂KOH或NaOH以1∶2～1∶7的质量比混合研磨约5min；步骤2.将研磨后的混合物在惰性气氛下，以2～5℃/min的升温速度升至500～700℃，预活化30-60min；再以2.5～5℃/min的升温速度升温至700～900℃活化30-60min；步骤3.将步骤2得到的活化料在惰性气氛下冷却至室温后，经水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面积高于540m2/g的高表面积纳米碳纤维。
本发明的高比表面积纳米碳纤维的制备方法简便易行，得到的纳米碳纤维的比表面积可高达1060m2/g。
图1为纳米碳纤维(CNF)及高比表面纳米碳纤维的透射电子显微镜(TEM)照片(放大50000倍)，其中图1a为未用本发明方法处理的纳米碳纤维；图1b为实施例8所得的纳米碳纤维；图1c为实施例9所得的纳米碳纤维；图1d为实施例7所得的纳米碳纤维；图1e为实施例1所得的纳米碳纤维；图1f为实施例5所得的纳米碳纤维；图1g为实施例6所得的纳米碳纤维。
具体实施例方式
以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为300ml/min，以2.5℃/min升温至600℃，保温30min；然后再以5℃/min的升温速度升温至850℃，活化30min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为929m2/g(BET法，下同)，活化得率为46％。见图1e实施例2称取称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为100ml/min，以2.5℃/min升温至600℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至800℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为1041m2/g，活化得率为59.2％。
实施例3称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为300ml/min，以5℃/min升温至500℃，保温60min；然后再以2.5℃/min的升温速度升温至700℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为662m2/g，活化得率为56.2％。
实施例4.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入20.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为100ml/min，以2.5℃/min升温至600℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至900℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为720m2/g，活化得率为30％。
实施例5称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入24.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为100ml/min，以2.0℃/min升温至600℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至850℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为1020m2/g，活化得率为51％。见图1f。
实施例6.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入28.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为100ml/min，以2.5℃/min升温至600℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至850℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为1060m2/g，活化得率为47％。见图1g。
实施例7.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入16.00g NaOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为300ml/min，以2.5℃/min升温至600℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至850℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为750m2/g，活化得率为53％。见图1d。
实施例8.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入8.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为300ml/min，以2.5℃/min升温至700℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至900℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为540m2/g，活化得率为60％。见图1b。
实施例9.
称取4.00g未经任何处理的CNF(比表面积为80m2/g)，加入12.00g KOH直接混合研磨，放入镍舟中，在活化炉中进行活化。其活化条件为高纯氮气作为保护气，氮气流速为300ml/min，以2.5℃/min升温至700℃，保温60min；然后再以5℃/min的升温速度升温至900℃，活化60min在氮气的保护下冷却至室温，取出，水洗，酸洗，水洗至中性，干燥得到比表面积为537m2/g，活化得率为58％。见图1c。
权利要求
1.一种高比表面积纳米碳纤维的制备方法，其特征是它基本上由下列步骤组成步骤1.将未经处理的纳米碳纤维直接与活化剂KOH或NaOH以1∶2-1∶7的质量比混合研磨5min；步骤2.将研磨后的混合物在惰性气氛下，以2～5℃/min的升温速度升至500～700℃，预活化30-60min；再以2.5～5℃/min的升温速度升温至700～900℃，活化30-60min；步骤3.将步骤2得到的活化料在惰性气氛下冷却至室温后，经水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面积高于540m2/g的高表面积纳米碳纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的惰性气氛下是氮气氛下。
全文摘要
一种高比表面积纳米碳纤维的制备方法，它是将未经处理的纳米碳纤维直接与活化剂KOH或NaOH以1∶2－1∶7的质量比混合研磨，然后混合物在惰性气氛下，以2～5℃/min的升温速度升至500～700℃，预活化30－60min；再升温至700～900℃活化30－60min，活化料在惰性气氛下冷却至室温后，经水洗，再酸洗，最后水洗至中性，干燥，得到比表面积高于540m
文档编号D01F11/10GK1831220SQ20061003806
公开日2006年9月13日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者左宋林, 沈俭一, 黄玉安 申请人:南京大学