CN106929948A - 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用 - Google Patents

一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106929948A
CN106929948A CN201710039169.1A CN201710039169A CN106929948A CN 106929948 A CN106929948 A CN 106929948A CN 201710039169 A CN201710039169 A CN 201710039169A CN 106929948 A CN106929948 A CN 106929948A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium oxide
nano fiber
porous nano
nanofiber
spinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710039169.1A
Other languages
English (en)
Inventor
蔡志勇
杨昌平
杨辅军
王瑞龙
王开鹰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Yi Fang Giant New Energy Technology Co Ltd
Hubei University
Original Assignee
Nanjing Yi Fang Giant New Energy Technology Co Ltd
Hubei University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Yi Fang Giant New Energy Technology Co Ltd, Hubei University filed Critical Nanjing Yi Fang Giant New Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201710039169.1A priority Critical patent/CN106929948A/zh
Publication of CN106929948A publication Critical patent/CN106929948A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62227—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
    • C04B35/62231—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on oxide ceramics
    • C04B35/62259—Fibres based on titanium oxide
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/24—Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/46—Metal oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，包括如下步骤：S1：纺丝前驱体溶液的制备；S2：通过同轴静电纺丝工艺，将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于同轴注射器内电纺获得纳米纤维；S3：将步骤S2制备的纳米纤维放入退火炉中，进行退火处理后即可获得钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。其优点是：通过以聚乙烯吡咯烷酮、石蜡油、钛酸丁酯、冰醋酸以及无水乙醇为原料制备前驱体溶液，并配以同轴静电纺丝技术，使得制备的纳米纤维为中空结构；同时，前驱体溶液中冰醋酸的加入利于维持钛源退火前的稳定性，石蜡油的加入有利于制备的中空结构为镂空管壁，增大了比表面积与孔隙率。

Description

一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及 其应用
技术领域
本发明涉及材料的制备技术领域，具体地说是一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用。
背景技术
超级电容器(supercapacitor)又叫电化学电容器，是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件。超级电容器具有高功率比、循环寿命高、充放电速率快、环境友好等特点，因此超级电容器是一种理想的二次电源，在低功耗如：移动通讯、信息技术等和高功耗如：电动汽车、航空航天和国防科技等方面都有着极其重要和广阔的应用前景。
超级电容器包括电极材料、电解液和隔膜，其中电极材料是超级电容器的核心。理想的电极材料要求导电性好、高比表面积、高孔隙率。现在的电极材料有多孔炭材料、贵金属氧化物、高分子导电聚合物和新型复合材料等。贵金属氧化物由于成本极高发展受到限制，因此有必要研究环境友好，成本低廉的金属氧化物电极材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种钛氧化物介孔纳米纤维的制备方法及其应用，并将制备的钛氧化物介孔纳米纤维及其与活性炭复合的纳米介孔纤维用于超级电容器的研究。
本发明一方面提供一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，包括如下步骤：
S1：纺丝前驱体溶液的制备：以聚乙烯吡咯烷酮、石蜡油、钛酸丁酯、冰醋酸以及无水乙醇为原料制备前驱体溶液；
S2：通过同轴静电纺丝工艺，将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于外轴注射器中，内轴注射器内灌注石蜡油制备获得钛酸丁酯纳米纤维，或将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于内轴注射器，外轴灌注石蜡油与活性炭的混合溶液，获得钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维；
S3：将步骤S2制备的纳米纤维放入退火炉中，进行退火处理后即可获得钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。
本发明第二方面提供一种超级电容器，电容器中电极材料使用上述方法制备的钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。
一种钛氧化物介孔纳米纤维的制备方法及其应用，其优点是：
通过以聚乙烯吡咯烷酮、石蜡油、钛酸丁酯、冰醋酸以及无水乙醇为原料制备前驱体溶液，并配以同轴静电纺丝技术，使得制备的纳米纤维为中空结构；同时，前驱体溶液中冰醋酸的加入利于维持钛源退火前的稳定性，石蜡油的加入有利于制备的中空结构为镂空管壁，增大了比表面积与孔隙率；
再者，制备的钛氧化物介孔纳米纤维或钛氧化物复合活性炭纳米纤维均可作为超级电容器的电极材料使用，而钛氧化物介孔纳米纤维在不影响赝电容效应的基础上，提高孔隙率增强其双电层电容效应；钛氧化物复合活性炭纳米纤维，进一步提高了超级电容器的比电容、功率密度和能量密度；同时具有成本低廉、环境友好、循环寿命长等优良特性。
附图说明
图1为实施例1 500℃得到的钛氧化物介孔纳米纤维的扫描电子显微镜图；
图2、图3分别为实施例2中500℃、600℃时退火得到的钛氧化物介孔纳米纤维的扫描电子显微镜图；
图4为实施例3 600℃得到的钛氧化物复合活性炭纳米纤维的扫描电子显微镜图；
图5为制备的钛氧化物介孔纳米纤维、钛氧化物复合活性炭纳米纤维电极电学性能测试图。
具体实施方式
本发明一方面提供一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，包括如下步骤：
S1：纺丝前驱体溶液的制备：以聚乙烯吡咯烷酮、石蜡油、钛酸丁酯、冰醋酸以及无水乙醇为原料制备前驱体溶液；
优选地，步骤S1包括以下步骤：
S11、将0.5g～0.8g聚乙烯吡咯烷酮与3ml～4ml无水乙醇混合，在室温条件下磁力搅拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解于无水乙醇中，备用；
S12、将1.5ml～2.5ml钛酸丁酯滴加至2ml～3ml冰醋酸与1.5ml～2.5ml无水乙醇的混合液中，搅拌1～2h，备用；
S13、将步骤S11、S12制备的溶液混合后与1.0ml～2.0ml石蜡油进行混合，搅拌2～3h，便获得纺丝前驱体溶液；
S2：通过同轴静电纺丝工艺，将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于外轴注射器中，内轴注射器内灌注石蜡油制备获得钛酸丁酯纳米纤维，或将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于内轴注射器，外轴灌注石蜡油与活性炭的混合溶液，获得钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维；
优选地，步骤S2中，制备钛酸丁酯纳米纤维过程中，内轴注射器内灌注2～4ml石蜡油；
优选地，步骤S2中，制备钛酸丁酯纳米纤维的纺丝工艺条件为：10～15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2～0.5mm、喷嘴与接收器间距离设置为12～15cm，外轴推进速度为80～120um/min，内轴推进速度为10～12um/min，温度为18～25℃，相对湿度为24％～50％，纺丝时间10～15min；
优选地，步骤S2中，制备钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维过程中，外轴灌注5ml～7ml石蜡油与0.1g～0.3g活性炭的混合溶液；
优选地，步骤S2中，制备钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维的纺丝工艺条件为：10～15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2～0.5mm、喷嘴与接收器间距离设置为12～15cm，外轴推进速度为10～12um/min，内轴推进速度为80～120um/min，温度为18～25℃，相对湿度为24％～50％，纺丝时间10～15min；
S3：将步骤S2制备的纳米纤维放入退火炉中，进行退火处理后即可获得钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。
优选地，步骤S3中，先将钛酸丁酯纳米纤维或钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维剪裁后放置于两块铁片中间，使得剪裁的纳米纤维被包裹于两片铁片之间，再将放置有纳米纤维的铁片放入高温炉中加热升温至500～700℃，且升温速率为3～5℃/min，保温时间为3～5h。
本发明第二方面提供一种超级电容器，电容器中电极材料使用上述方法制备的钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。
为了更清楚的理解本发明，下文将结合附图和实施例详细介绍本发明：
实施例一：钛氧化物介孔纳米纤维的制备
S1：纺丝前驱体溶液的制备：
S11、取0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP；Mx＝1，300,000)加入3ml的无水乙醇中混合，再在室温下磁力搅拌5h直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解于无水乙醇中，得到PVP溶液备用；
S12、将1.5ml钛酸丁酯缓慢滴入2ml无水乙醇与3ml冰醋酸的混合溶液中，搅拌1h混合均匀，备用；
S13、将步骤S11、S12制备的溶液混合后加入1.0ml的石蜡油，室温条件下磁力搅拌2h，获得纺丝前驱体溶液；
S2、将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液注入外轴注射器中，内轴注射器内注射2ml石蜡油，调节静电纺丝条件为：施加12KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2mm、喷嘴与接收器间距离设置为12cm，外轴推进速度90um/min，内轴推进速度为10um/min，温度18℃，相对湿度为24％，纺丝时间12min，得到纺丝均匀的钛酸丁酯纳米纤维；
S3：步骤S3中，先将步骤S2制备的钛酸丁酯纳米纤维剪裁后放置于两块铁片中间，使得剪裁的钛酸丁酯纳米纤维被包裹于两片铁片之间；再将放置有钛酸丁酯纳米纤维的铁片放入高温炉中加热升温至500℃，且升温速率为3℃/min，保温时间为5h，自然退火，以获得钛氧化物介孔纳米纤维。
经过本实施例获得的钛氧化物介孔纳米纤维如图1(为退火温度为500℃时的扫描电子显微镜图)，根据图1中可知，钛氧化物介孔纳米纤维直径为100～200nm，纤维表面粗糙，纤维两端能看到明显的蜂窝状结构。
实施例二：钛氧化物介孔纳米纤维的制备
S1：纺丝前驱体溶液的制备：
S11、取0.8g聚乙烯吡咯烷酮(PVP；Mx＝1，300,000)加入4ml的无水乙醇中混合，再在室温下磁力搅拌5h直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解于无水乙醇中，得到PVP溶液备用；
S12、将2.5ml钛酸丁酯缓慢滴入2.5ml无水乙醇与2ml冰醋酸的混合溶液中，搅拌2h混合均匀，备用；
S13、将步骤S11、S12制备的溶液混合后加入2.0ml的石蜡油，室温条件下磁力搅拌2h，获得纺丝前驱体溶液；
S2、将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液注入外轴注射器中，内轴注射器内注射4ml石蜡油，调节静电纺丝条件为：施加15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2mm、喷嘴与接收器间距离设置为12cm，外轴推进速度100um/min，内轴推进速度为12um/min，温度25℃，相对湿度为50％，纺丝时间15min，得到纺丝均匀的钛酸丁酯纳米纤维；
S3：先将步骤S2制备的钛酸丁酯纳米纤维剪裁后放置于两块铁片中间，使得剪裁的钛酸丁酯纳米纤维被包裹于两片铁片之间；再将放置有钛酸丁酯纳米纤维的铁片放入高温炉中分别加热升温至500℃、600℃(当升温至500℃、600℃时均扫描电子显微镜图)，且升温速率为4℃/min，保温时间为3h，自然退火，以获得钛氧化物介孔纳米纤维。
经过本实施例获得的钛氧化物介孔纳米纤维如图2、图3(图2为退火温度为500℃时的扫描电子显微镜图，图3为退火温度为600℃时的扫描电子显微镜图)，根据图2、图3可知，钛氧化物介孔纳米纤维直径为100～200nm，纤维表面形成镂空状，纤维两端能看到明显的中空状结构。
实施例三：钛氧化物复合活性炭纳米纤维的制备
S1：纺丝前驱体溶液的制备：
S11、取0.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP；Mx＝1，300,000)加入4ml的无水乙醇中混合，再在室温下磁力搅拌4h直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解于无水乙醇中，得到PVP溶液备用；
S12、将2ml钛酸丁酯缓慢滴入2ml无水乙醇与2ml冰醋酸的混合溶液中，搅拌1.5h混合均匀，备用；
S13、将步骤S11、S12制备的溶液混合后加入1.5ml的石蜡油，室温条件下磁力搅拌2.5h，获得纺丝前驱体溶液；
S2、将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液作为外轴溶液注入内轴注射器，外轴注射器内灌注5ml石蜡油与0.1g活性炭的混合溶液，调节静电纺丝条件为：施加15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2mm、喷嘴与接收器间距离设置为12cm，外轴推进速度12um/min，内轴推进速度为90um/min，温度20℃，相对湿度为24％，纺丝时间12min，得到纺丝均匀的钛酸丁酯纳米纤维；
S3：先将步骤S2制备的钛酸丁酯纳米纤维剪裁后放置于两块铁片中间，使得剪裁的钛酸丁酯纳米纤维被包裹于两片铁片之间；再将放置有钛酸丁酯纳米纤维的铁片放入高温炉中分别加热升温至600℃，且升温速率为4℃/min，保温时间为3h，自然退火，以获得钛氧化物介孔纳米纤维。
经过本实施例获得的钛氧化物复合活性炭介孔纳米纤维如图4为退火温度为600℃时的扫描电子显微镜图，图中显示钛氧化物复合活性炭介孔纳米纤维的直径为100～200nm，且纤维表面有分布均匀的活性炭颗粒。
将上述实施例二中钛氧化物介孔纳米纤维及实施例三种钛氧化物复合活性炭介孔纳米纤维均作为超级电容器内的电极材料，且对安装有此电极材料的超级电容器进行电化学性能测试：
采用循环伏安法(CV循环)测试，且扫描速率为50mV/S，扫描电压宽度为-1V～1V，电极材料面积为1cm*1.5cm。
图5为CV循环测试结果，数据表明制得的钛氧化物介孔纳米纤维及钛氧化物复合活性炭介孔纳米纤维均增强了电极材料的双电层电容效应，具有较高的比电容和良好的循环充、放电性能，从图中可以看出钛氧化物纳米纤维在0.05V～0.2V间出现氧化还原峰，但随扫描电压增大，电流值下降，双电层电容效应没有体现；
同时也增强了电极材料的孔隙率，据图5中观察，在氧化还原峰后没有明显下降趋势，相比钛氧化物纳米纤维比电容增加40％，且活性炭能提高电极材料导电性，因此以钛氧化物复合活性炭介孔纳米纤维制备的电极材料的赝电容和双电层电容均有一定增强，其比电容为4mA/cm2；循环寿命长，循环测试6小时，其容量衰减不到15％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：包括如下步骤
S1：纺丝前驱体溶液的制备：以聚乙烯吡咯烷酮、石蜡油、钛酸丁酯、冰醋酸以及无水乙醇为原料制备前驱体溶液；
S2：通过同轴静电纺丝工艺，将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于外轴注射器中，内轴注射器内灌注石蜡油制备获得钛酸丁酯纳米纤维，或将步骤S1制备的纺丝前驱体溶液灌注于内轴注射器，外轴灌注石蜡油与活性炭的混合溶液，获得钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维；
S3：将步骤S2制备的纳米纤维放入退火炉中，进行退火处理后即可获得钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维。
2.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S1包括以下步骤：
S11、将0.5g～0.8g聚乙烯吡咯烷酮与3ml～4ml无水乙醇混合，在室温条件下磁力搅拌直至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解于无水乙醇中，备用；
S12、将1.5ml～2.5ml钛酸丁酯滴加至2ml～3ml冰醋酸与1.5ml～2.5ml无水乙醇的混合液中，搅拌1～2h，备用；
S13、将步骤S11、S12制备的溶液混合后与1.0ml～2.0ml石蜡油进行混合，搅拌2～3h，便获得纺丝前驱体溶液。
3.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S2中，制备钛酸丁酯纳米纤维过程中，内轴注射器内灌注2～4ml石蜡油。
4.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S2中，制备钛酸丁酯纳米纤维的纺丝工艺条件为：10～15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2～0.5mm、喷嘴与接收器间距离设置为12～15cm，外轴推进速度为80～120um/min，内轴推进速度为10～12um/min，温度为18～25℃，相对湿度为24％～50％，纺丝时间10～15min。
5.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S2中，制备钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维过程中，外轴灌注5ml～7ml石蜡油与0.1g～0.3g活性炭的混合溶液。
6.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S2中，制备钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维的纺丝工艺条件为：10～15KV的直流电压，且喷嘴口径为0.2～0.5mm、喷嘴与接收器间距离设置为12～15cm，外轴推进速度为10～12um/min，内轴推进速度为80～120um/min，温度为18～25℃，相对湿度为24％～50％，纺丝时间10～15min。
7.根据权利要求1所述一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法，其特征在于：步骤S3中，先将钛酸丁酯纳米纤维或钛酸丁酯复合活性炭纳米纤维剪裁后放置于两块铁片中间，使得剪裁的纳米纤维被包裹于两片铁片之间，再将放置有纳米纤维的铁片放入高温炉中加热升温至500～700℃，且升温速率为3～5℃/min，保温时间为3～5h。
8.一种超级电容器，用如权利要求1至8任一所述方法制备的钛氧化物介孔纳米纤维、或钛氧化物复合活性炭纳米纤维作为超级电容器的电极材料。
CN201710039169.1A 2017-01-19 2017-01-19 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用 Pending CN106929948A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710039169.1A CN106929948A (zh) 2017-01-19 2017-01-19 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710039169.1A CN106929948A (zh) 2017-01-19 2017-01-19 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106929948A true CN106929948A (zh) 2017-07-07

Family

ID=59422843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710039169.1A Pending CN106929948A (zh) 2017-01-19 2017-01-19 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106929948A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475904A (zh) * 2017-08-08 2017-12-15 东华大学 一种柔性有序介孔TiO2纳米纤维膜及其制备方法
CN111330624A (zh) * 2020-03-25 2020-06-26 陕西科技大学 一步法制备分级介孔-多孔TiO2/g-C3N4纳米纤维光催化材料
CN111330623A (zh) * 2020-03-25 2020-06-26 陕西科技大学 一步法制备高可见光响应Ag离子修饰TiO2/g-C3N4纳米纤维光催化材料
CN113529197A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 中化(宁波)润沃膜科技有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮中空纳米纤维及其制备方法
CN115778827A (zh) * 2023-02-02 2023-03-14 广东碧茜生物科技有限公司 一种高vc载量芯/壳型纳米纤维面膜及其制备方法和应用
CN116639869A (zh) * 2023-05-17 2023-08-25 湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司 一种复合玄武岩纤维及其制备方法
CN116639869B (zh) * 2023-05-17 2024-06-07 湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司 一种复合玄武岩纤维及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1567493A (zh) * 2003-07-03 2005-01-19 中国科学院电工研究所 一种用于超级电容器的复合碳基电极材料及其制备方法
CN101387018A (zh) * 2008-10-17 2009-03-18 东南大学 电纺中空TiO2纤维的可视化制备方法
CN102074377A (zh) * 2011-01-11 2011-05-25 中国科学院过程工程研究所 一种用于超级电容器的活性炭/低维钛氧化物复合电极材料
CN104658768A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 湖北大学 钛氧化物的制备方法及其超级电容器
CN105019055A (zh) * 2015-07-01 2015-11-04 宁波工程学院 TiO2中空全介孔纳米纤维的制备方法
CN105506784A (zh) * 2016-02-05 2016-04-20 扬州大学 一种高比表面的复合纳米碳纤维的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1567493A (zh) * 2003-07-03 2005-01-19 中国科学院电工研究所 一种用于超级电容器的复合碳基电极材料及其制备方法
CN101387018A (zh) * 2008-10-17 2009-03-18 东南大学 电纺中空TiO2纤维的可视化制备方法
CN102074377A (zh) * 2011-01-11 2011-05-25 中国科学院过程工程研究所 一种用于超级电容器的活性炭/低维钛氧化物复合电极材料
CN104658768A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 湖北大学 钛氧化物的制备方法及其超级电容器
CN105019055A (zh) * 2015-07-01 2015-11-04 宁波工程学院 TiO2中空全介孔纳米纤维的制备方法
CN105506784A (zh) * 2016-02-05 2016-04-20 扬州大学 一种高比表面的复合纳米碳纤维的制备方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475904A (zh) * 2017-08-08 2017-12-15 东华大学 一种柔性有序介孔TiO2纳米纤维膜及其制备方法
CN111330624A (zh) * 2020-03-25 2020-06-26 陕西科技大学 一步法制备分级介孔-多孔TiO2/g-C3N4纳米纤维光催化材料
CN111330623A (zh) * 2020-03-25 2020-06-26 陕西科技大学 一步法制备高可见光响应Ag离子修饰TiO2/g-C3N4纳米纤维光催化材料
CN111330623B (zh) * 2020-03-25 2022-11-11 陕西科技大学 一步法制备高可见光响应Ag离子修饰TiO2/g-C3N4纳米纤维光催化材料
CN113529197A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 中化(宁波)润沃膜科技有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮中空纳米纤维及其制备方法
CN113529197B (zh) * 2020-04-22 2024-01-26 中化(宁波)润沃膜科技有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮中空纳米纤维及其制备方法
CN115778827A (zh) * 2023-02-02 2023-03-14 广东碧茜生物科技有限公司 一种高vc载量芯/壳型纳米纤维面膜及其制备方法和应用
CN115778827B (zh) * 2023-02-02 2023-05-05 广东碧茜生物科技有限公司 一种高vc载量芯/壳型纳米纤维面膜及其制备方法和应用
CN116639869A (zh) * 2023-05-17 2023-08-25 湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司 一种复合玄武岩纤维及其制备方法
CN116639869B (zh) * 2023-05-17 2024-06-07 湖北汇尔杰玄武岩纤维有限公司 一种复合玄武岩纤维及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106929948A (zh) 一种基于同轴静电纺丝的钛氧化物介孔纳米纤维制备方法及其应用
CN106449159B (zh) 碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法
Cao et al. Lignin-based multi-channels carbon nanofibers@ SnO2 nanocomposites for high-performance supercapacitors
CN107195894B (zh) 一种金属碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN102637875B (zh) 一种用于锂离子电池负极材料及其制备方法
CN108315834A (zh) 一种阵列式磁性还原氧化石墨烯-炭纳米纤维的制备方法
CN105826088B (zh) 一种具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料及其制备方法
CN106784615A (zh) 一种柔性锂离子电池负极及其制备方法和柔性锂离子电池
CN104157833A (zh) 一种石墨烯/二氧化钛复合多孔材料及其制备方法和用途
CN110136998A (zh) 一种金属有机骨架碳纤维复合薄膜的制备方法及其应用
CN105958025B (zh) 一种无定形锗氧化物/多孔碳纳米纤维及其制备方法
CN110429260A (zh) 铌酸钛/过渡金属氧化物纳米纤维负极材料的制备方法
CN103903873A (zh) 一种全赝电容超级电容器
CN110079895A (zh) 一种钛酸盐与二氧化钛复合物纳米线及其制备方法
CN111118883A (zh) 一种纤维素基碳纳米纤维复合材料及其制备和应用
CN105948038A (zh) 一种活性炭微球及其制备方法
CN113005567A (zh) 新型MXene修饰的多孔碳纤维复合电极的制备及应用
CN102637898B (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
CN106887346A (zh) 一种钼酸锰多孔纳米管的静电纺丝制备方法及钼酸锰多孔纳米管
CN105321728B (zh) 碳纳米管复合材料及其制备方法、电极以及超级电容器
CN109935472B (zh) 一种多形貌Fe-Mn复合碳纳米纤维及其制备和应用
CN107240510A (zh) 一种ZnFe2O4/C复合纳米纤维超级电容器电极材料及其制备方法
CN108914253B (zh) 一种基于静电纺丝和高温碳化制备碳纳米纤维及其修饰电极的方法
Rani et al. Fabrication of Binder‐Free TiO2 Nanofibers@ Carbon Cloth for Flexible and Ultra‐Stable Supercapacitor for Wearable Electronics
CN114334484B (zh) 一种镍铜氧化物/碳复合纳米纤维电极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170707