[发明专利]一种氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法及其用途

权利要求书

1.一种氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用溶胶-凝胶和热致相分离结合的方式制备SiO₂纳米线；

S2、将糠醇、乙醇、水和所述SiO₂纳米线混合，滴加硫酸，在90℃下进行反应，经过冷却、水稀释、离心和干燥，得到固体产物，将所述固体产物在氩气的保护下，以1~2℃/min的速率加热至180~220℃，保温3~4h后，以2~3℃/min的速率升温至600~650℃，保温6~8h后，将产物浸泡在氢氟酸中，去除模板SiO₂，洗涤、干燥得到中空碳纳米线；

S3、将苯胺、盐酸、十二烷基硫酸钠和所述中空碳纳米线混匀后，将滴加过硫酸铵溶液，在3~5℃下反应后，得到聚苯胺/中空碳纳米线复合材料；

S4、将所述聚苯胺/中空碳纳米线复合材料用质量浓度为0.5%的NH₄Cl溶液活化后、进行洗涤、干燥，在氮气保护下，加热至250~280℃，保温150~180 min，接着加热至900~950 ℃，保温150~200 min，到氮掺杂中空碳纳米线；

S5、将所述氮掺杂中空碳纳米线浸泡在硫酸和硝酸的混合溶液中进行活化后，用二氯亚砜进行酰氯化，得到酰氯改性氮掺杂中空碳纳米线，将偶氮苯和所述酰氯改性氮掺杂中空碳纳米线分散于N,N-二甲基甲酰胺和三乙基胺的混合液中，在氮气的保护下，于120℃进行反应，得到偶氮苯改性氮掺杂中空碳纳米纤维；

S6、将所述偶氮苯改性氮掺杂中空碳纳米纤维和十二烷基硫酸钠加入硫酸溶液中，分散均匀后，加入吡咯，再滴加过硫酸铵的硫酸溶液，常温下进行反应后，得到氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯。

2.如权利要求1所述的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法，其特征在于，所述SiO₂纳米线的制备方法为：

将正硅酸四乙酯加入乙醇和蒸馏水的混合液中，常温下磁力搅拌；加入乙酸继续搅拌反应，得到SiO₂溶胶；

将醋酸纤维素加入N,N-二甲基甲酰胺和1,4-二氧六环混合溶剂中，磁力搅拌溶解，加入SiO₂溶胶，常温下继续搅拌5 h得到淬火液；

将所述淬火液在-50~-10℃下进行热致相分离后，用蒸馏水除去N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和乙醇，得到醋酸纤维素/SiO₂复合纳米线；

将所述醋酸纤维素/SiO₂复合纳米线浸泡在浓度为0.1 mol/L的NaOH/乙醇溶液中水解24h，蒸馏水洗涤、干燥得到纤维素/SiO₂复合纳米线；

将所述纤维素/SiO₂复合纳米线在500~650℃下煅烧4~8 h，除去纤维素，得到所述SiO₂纳米线。

3.如权利要求2所述的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法，其特征在于，所述的正硅酸四乙酯和乙酸的质量比为（15~30）：（0.05~0.2）；乙醇和蒸馏水的质量比为（14~17）：（0.5~1.5）；所述的淬火液中醋酸纤维素的质量浓度为2~5%，N,N-二甲基甲酰胺和1,4-二氧六环的质量比为（5~10）：（2~4）。

4.如权利要求1所述的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法，其特征在于，

所述硫酸与硝酸的混合溶液中，硫酸和硝酸的质量浓度之比为3：1；酰氯改性氮掺杂中空碳纳米线和偶氮苯的质量比为（1~3）：（10~20）。

5.如权利要求1所述的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯的制备方法，其特征在于，所述偶氮苯改性氮掺杂中空碳纳米纤维和吡咯的质量比为（0.9~1.2）：（8~12）。

6.一种由权利要求1所述方法制备的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯在电极材料中的用途。

7.一种碳基电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1所述制备方法得到的氮掺杂中空碳纳米线接枝聚吡咯和乙炔黑、聚四氟乙烯按照8：1：1的质量比分散在无水乙醇中，超声分散均匀后，涂敷于泡沫镍表面，在60℃下干燥，最后进行压片，得到所述碳基电极材料。