[发明专利]一种三维导电材料及其制备方法和用途

说明书

一种三维导电材料，包括以CA/PAN纳米纤维膜经碳化得到含氮导电碳纳米纤维作为三维骨架，以及均匀键合在三维骨架上的纳米片和/或纳米球，纳米片、纳米球为Nisupgt;2+/supgt;和Cosupgt;2+/supgt;作为金属阳离子，NOsubgt;3/subgt;supgt;‑/supgt;、OHsupgt;—/supgt;作为层间阴离子，经交叉堆叠构成的双氢氧化物。本发明制备得到的三维导电材料以静电纺丝含氮醋酸纤维作为柔性基底，利用氮原子与Co Ni LDH纳米片和/或纳米球金属原子之间的紧密键合，形成柔性且稳定的导电三维网络结构，具有高的比电容，高的能量密度和功率密度，在能源领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种三维导电材料及其制备方法和应用。

背景技术

醋酸纤维素(CA)因其具有来源广泛、生产成本低、高亲水性、高含碳量、无毒无害等优点，被广泛应用于储能、过滤吸附、生物医学等领域。其中，醋酸纤维素因提供丰含的碳源和氧源，具有非凡的循环/速率稳定性，作为绿色电极材料在超级电容器方面受到广泛的研究。

然而，由于醋酸纤维素碳基电极材料的局限性，其储能性能较差，作为电极材料存在着明显的缺陷，导致醋酸纤维素与活性炭电极组装的比电容和能量密度较低。

因此，如何利用CA作为原料，合成得到具有高比面积、高电化学性能的电极材料，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种三维导电材料及其制备方法和用途，制备得到的三维导电材料以静电纺丝含氮醋酸纤维作为柔性基底，利用氮原子与Co NiLDH纳米片和/或纳米球金属原子之间的紧密键合，形成柔性且稳定的导电三维网络结构，具有高的比电容，高的能量密度和功率密度，在能源领域具有良好的应用前景。

实现本发明目的的技术方案是：一种三维导电材料，包括以CA/PAN纳米纤维膜经碳化得到含氮导电碳纳米纤维作为三维骨架，以及均匀键合在三维骨架上的纳米片和/或纳米球，纳米片、纳米球为Ni²⁺和Co²⁺作为金属阳离子，NO₃^-、OH^—作为层间阴离子，经交叉堆叠构成的双氢氧化物。

优选的，所述CA和PAN的质量比为1：1。

优选的，所述Ni²⁺、Co²⁺的摩尔比为1-2：1-2。

本发明还提供了任一上述三维导电材料的制备方法，包括以下步骤：

1)取CA、PAN，于DMF中混合均匀，除去气泡，得到静电纺丝液；

2)取静电纺丝液进行静电纺丝，得到CA/PAN纳米纤维膜；

3)取CA/PAN纳米纤维膜，经分段碳化，得到含氮导电碳纳米纤维；

4)取含氮导电碳纳米纤维，浸泡在Co(NO₃)₂·6H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O的甲醇溶液中，加入2-二甲基咪唑自组装；

5)洗涤、烘干，得到三维导电材料。

进一步的，步骤1)CA和PAN的质量比为1：1，通过磁力搅拌12h混合均匀，混合均匀后，室温下静置6h，得到的静电纺丝液的浓度为15wt％。

优选的，步骤2)所述静电纺丝的温度为室温，相对湿度为30％，电压为16.8kV，采用20号静电纺丝针头，注射速度为0.05mL min^-1，纺丝针头尖端与收集器之间的距离为25cm。