[发明专利]一种中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料及其制备方法和用途

说明书

一种中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料，包括乙酰化CA/PAN纳米纤维膜、若干MOF、层状氢氧化物纳米片，若干MOF位于乙酰化CA/PAN纳米纤维膜、层状氢氧化物纳米片之间，乙酰化CA/PAN纳米纤维膜上的羟基与MOF上的金属原子通过静电吸附键合，层状氢氧化物纳米片通过共沉淀在MOF上，组合构成中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料。本发明提供的材料具有比表面积大、孔隙率高、柔性高、机械稳定性和电化学稳定性高的特点，尤其适合作为柔性超级电容器的电极材料。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料及其制备方法和用途。

背景技术

由于柔性电子技术的出现，人类对于个性化电子产品的强烈渴求以及科技发展的驱动，加快了柔性储能器件的发展。柔性超级电容器作为一种重要的储能系统，受到越来越多的关注，可广泛应用到可穿戴设备、可弯曲显示器、植入式生物医学设备、便携式电子设备、智能电子等高科技产品市场。研究者们致力于制备了不同柔性类型的超级电容器，如可弯曲、可折叠、可拉伸式超级电容器，其次，也在开发各种活性电极材料，解决超级电容重要的指标问题，包括高的安全性和可靠性，高的功率密度和能量密度以及较长的循环寿命。因此，柔性电极材料的制备是制备优良机械性能和电化学性能的柔性超级电容器的关键。

醋酸纤维素(CA)是一种来源广泛、环境友好、可降解性能、生物相容性的材料，来源于自然纤维素的简单酯化反应，广泛地应用于静电纺丝领域。CA基碳材料可以提供丰富的碳和氧来源，在电化学性能中表现出高的循环和速率稳定性，被认为是储能器件中理想的碳质电极材料。然而，由于高温碳化后的CA基碳材料的结构稳定性和力学性能较差，在静电纺丝中引入聚丙烯腈(PAN)，可有效地增强静电纺丝膜的力学性能和柔性。

金属有机框架因为其独特孔隙结构和几何形态备受关注，从最初的利用原始MOF储存电荷，逐渐发展到MOF作为牺牲模板，利用热处理或者化学方法制备各种结构的碳纳米物质和无机纳米材料应用于超级电容器中。但是，单纯的MOF衍生物仍然存在着易于团聚问题，导致实际表面积和活性位点减少。并且，在制备电极材料过程中使用不导电粘结剂，这样使得整体电极的界面电阻增加，不利于电化学性能。

因此，开发MOF衍生的自支撑电极材料是非常可取的。MOF直接生长在导电基底上，不仅构成二元导电结构促进电子的转移，而且保留MOF固有的微纳米结构和金属离子框架，具有丰富的多孔结构和高比表面积，在电化学储能方面具有良好的应用潜力。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料，具有比表面积大、孔隙率高、柔性高、机械稳定性和电化学稳定性高的特点，尤其适合作为柔性超级电容器的电极材料。

本发明的目的之二是提供上述材料的制备方法，其原料来源广泛、易得，是一种易于推广的制备方法。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料，包括乙酰化CA/PAN纳米纤维膜、若干MOF、层状氢氧化物纳米片，若干MOF位于乙酰化CA/PAN纳米纤维膜、层状氢氧化物纳米片之间，乙酰化CA/PAN纳米纤维膜上的羟基与MOF上的金属原子通过静电吸附键合，层状氢氧化物纳米片通过共沉淀在MOF上，组合构成中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料。

实现本发明目的之二的技术方案是：

上述中空叶片状/层状氢氧化物静电纺丝膜材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备CA/PAN静电纺丝液

将CA和PAN溶于有机溶剂中，搅拌混匀、除气泡，得到CA/PAN静电纺丝液；

2)制备CA/PAN纳米纤维膜

取CA/PAN静电纺丝液进行静电纺丝，得到CA/PAN纳米纤维膜；