，配制氢氧化钾水溶液；将备用细菌纤维素浸泡在氢氧化钾水溶液中，吸收至饱和，获得氢氧化钾/细菌纤维素前驱体；
[0037]三、将所述氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于瓷舟中，然后放入管式炉；向管式炉中通入氮气除氧气6h，并作为保护气，将管式炉设定为50°C，保持30min，然后以4°C /min的速率升温至270°C，再以0.30C /min的速率升温至390°C，然后以4°C /min的速率升温至800°C，保持2h，再以5°C /min的速率降温至400°C，最后再自然冷却至室温，即完成。
[0038]采用泡沫镍作为集流体，以本实施例制备的纳米活性碳纤维、乙炔黑、PVDF按质量比8:1:1制备工作电极，以铂片作为对电极，汞/氧化汞为参比电极。以6M氢氧化钾作为电解液。测试电容性能。测试样品标记为ACF-1。
[0039]计算本实施例获得的活性碳纳米纤维的产率为38%，对活性碳纳米纤维进行场发射扫描电子显微镜观察，如图，本实验例所获得的活性碳纳米纤维具有三维网状碳骨架结构。
[0040]由图2可知。电化学窗口为-0.9?0.2V，在不同扫速时均具有准矩形的CV曲线。由图3可知，曲线表现出很好的对称性三角形。
[0041]实施例2
[0042]本实施例一步法制备纳米活性碳纤维的方法是按如下步骤进行:
[0043]—、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤10h，且每一小时更换去离子水，液氮冷冻后转移到冷冻干燥机干燥20h，获得备用细菌纤维素；
[0044]二、按碱碳比1:40，配制氢氧化钾水溶液；将备用细菌纤维素浸泡在氢氧化钾水溶液中，吸收至饱和，获得氢氧化钾/细菌纤维素前驱体；
[0045]三、将所述氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于瓷舟中，然后放入管式炉；向管式炉中通入氮气除氧气6h，并作为保护气，将管式炉设定为50°C，保持30min，然后以4°C /min的速率升温至270°C，再以0.30C /min的速率升温至390°C，然后以4°C /min的速率升温至900°C，保持2h，再以5°C /min的速率降温至400°C，最后再自然冷却至室温，即完成。
[0046]采用泡沫镍作为集流体，以本实施例制备的纳米活性碳纤维、乙炔黑、PVDF按质量比8:1:1制备工作电极，以铂片作为对电极，汞/氧化汞为参比电极。以6M氢氧化钾作为电解液。测试电容性能。测试样品标记为ACF-2。
[0047]由图4可知。电化学窗口为-0.9?0.2V，在不同扫速时均具有准矩形的CV曲线。由图5可知，曲线表现出很好的对称性三角形。
[0048]实施例3
[0049]本实施例一步法制备纳米活性碳纤维的方法是按如下步骤进行:
[0050]一、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤10h，且每一小时更换去离子水，液氮冷冻后转移到冷冻干燥机干燥20h，获得备用细菌纤维素；
[0051]二、按碱碳比1:50，配制氢氧化钾水溶液；将备用细菌纤维素浸泡在氢氧化钾水溶液中，吸收至饱和，获得氢氧化钾/细菌纤维素前驱体；
[0052]三、将所述氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于瓷舟中，然后放入管式炉；向管式炉中通入氮气除氧气6h，并作为保护气，将管式炉设定为50°C，保持30min，然后以4°C /min的速率升温至270°C，再以0.30C /min的速率升温至390°C，然后以4°C /min的速率升温至900°C，保持lh，再以5°C /min的速率降温至400°C，最后再自然冷却至室温，即完成。
[0053]采用泡沫镍作为集流体，以本实施例制备的纳米活性碳纤维、乙炔黑、PVDF按质量比8:1:1制备工作电极，以铂片作为对电极，汞/氧化汞为参比电极。以6M氢氧化钾作为电解液。测试电容性能。测试样品标记为ACF-3。
[0054]由图6可知。电化学窗口为-0.9?0.2V，在不同扫速时均具有准矩形的CV曲线。由图7可知，曲线表现出很好的对称性三角形。
[0055]实施例1?3中的细菌纤维素为市售产品。
[0056]实施例1?3所获得的以纳米活性碳纤维制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中依据恒电流充放电曲线计算所得的比电容曲线如图8所示，由图8可知，ACF-1在0.5A/g计算出的比电容为98F/g。ACF-2在0.5A/g的电流密度下计算出的比电容为115F/g，ACF_3在0.5A/g计算出的比电容为113F/g，表现出较好的倍率性能。
【主权项】
1.一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行: 一、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤，然后用液氮冷冻后进行冷冻干燥15?30h，获得备用细菌纤维素； 二、将备用细菌纤维素浸泡在氢氧化钾乙醇溶液中，吸收至饱和，获得氢氧化钾/细菌纤维素前驱体； 三、将氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于管式炉中进行高温热解，即得纳米活性碳纤维。2.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤一所述的细菌纤维素为细菌纤维素边角料。3.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤一所述的超声洗涤的条件为超声时间lOh，且每一小时更换去离子水。4.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤一所述的冷冻干燥是采用冷冻干燥机进行干燥，干燥时间为24h。5.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤二所述的氢氧化钾溶液是根据碱碳比1: (30?100)的比例进行配制的。6.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤二所述的氢氧化钾溶液是根据碱碳比1:50的比例进行配制的。7.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤二所述的氢氧化钾溶液是根据碱碳比1:60的比例进行配制的。8.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤二所述的氢氧化钾溶液是根据碱碳比1:70的比例进行配制的。9.根据权利要求1所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤三中所述的高温热解的方法为:将所述氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于瓷舟中，然后放入管式炉；向管式炉中通入氩气或氮气3?8h，并将氩气或氮气作为保护气；将管式炉设定为500C，保持30min，然后以2?4°C /min的速率升温至270°C，再以0.3?0.5°C /min的速率升温至390°C，然后以2?4°C /min的速率升温至700°C?1100°C，保持2?4h，再以3?50C /min的速率降温至400°C，最后再自然冷却至室温，即完成。10.根据权利要求1或9所述的一步法制备纳米活性碳纤维的方法，其特征在于步骤三中所述的高温热解的方法为:将所述氢氧化钾/细菌纤维素前驱体置于瓷舟中，然后放入管式炉；向管式炉中通入氩气或氮气6h，并将氩气或氮气作为保护气，将管式炉设定为50°C，保持30min，然后以4°C /min的速率升温至270 °C，再以0.3 °C /min的速率升温至390°C，然后以4°C /min的速率升温至900°C，保持2h，再以5°C /min的速率降温至400°C，最后再自然冷却至室温，即完成。
【专利摘要】一步法制备纳米活性碳纤维的方法，本发明涉及一步法制备纳米活性碳纤维的方法，本发明的目的是为了解决现有纳米活性碳纤维制备工艺繁琐、成本高的问题，方法为：制备备用细菌纤维素；制备氢氧化钾/细菌纤维素前驱体；然后置于管式炉中进行高温热解，即得纳米活性碳纤维。本发明利用氢氧化钾/细菌纤维素作为前驱体，一步制备纳米活性碳纤维，减少了工艺步骤，方法简单，可规模化生产，原料廉价易得；选用乙醇溶剂代替水溶剂避免了纤维素的水解，同时又不破坏细菌纤维素微观结构；将所得活性碳纤维用做超级电容器的电极材料，具有很好的电容特性；本发明属于纳米材料技术领域。
【IPC分类】C01B31/08, B82Y30/00, B82Y40/00
【公开号】CN105174253
【申请号】
【发明人】袁国辉, 张芳平, 刘荣, 黄书, 黎恩源, 张法宁
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月8日