基于海藻纖維原料的多金屬碳材料制備及結構性能研究.pdf

1、天然多聚糖在自然界中廣泛存在，多種功能性水凝膠均可通過物理化學方法從天然多聚糖中提取出。海藻酸是一種從褐藻中提取的線性天然高分子，可廣泛應用于組織工程、藥物載體、微孔濾膜等生物醫(yī)學領域。海藻酸的鈉鹽海藻酸鈉是一種水溶性聚合物，可以通過離子交換與多價金屬離子螯合形成“蛋-盒”結構。靜電紡絲是一種快速而且簡單的制備納米至微米纖維的方法，所得纖維一般具有高比表面積。本論文就海藻酸鈉的靜電紡絲方法進行了深入的探究，詳細介紹了紡絲方法，并對傳統海

2、藻酸鈉靜電紡絲進行了創(chuàng)新，將碳納米管加入海藻酸鈉溶液進行靜電紡絲，將所得納米纖維進行金屬離子交換后，高溫煅燒氮化后把所得材料制備成電極，測試了海藻酸鹽用作燃料電池陰極催化劑時的各種性能。傳統濕法紡絲制備出的海藻酸鹽纖維的直徑一般在幾十到幾百微米，其應用廣泛，為目前紡織業(yè)所研究的多個熱點之一。本論文將濕法紡絲制備的海藻酸鈷纖維進行了高溫煅燒、水熱等步驟，將所得產物用作鋰電池負極材料，測試所制備的鋰電池的各種電性能。以期開發(fā)出基于海藻碳化纖

3、維的多金屬復合碳材料的新用途。
　　首先通過海藻酸鈉靜電紡絲，在20 kV的電壓下制備出直徑為200 nm左右的納米纖維。在海藻酸鈉溶液中加入碳納米管混合靜電紡絲，成功制備出纖維直徑分布均勻的納米纖維。氮化煅燒后的納米纖維用作為燃料電池(FC)的陰極催化劑。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、比表面積測試儀(BET)、X射線-光電子能譜(XPS)、電化學工作站(CHI)對所得產物進行了分

4、析測試，結果表明在600℃下煅燒后的纖維形貌仍然存在，碳納米管均勻分散在納米纖維中，金屬復合碳材料催化性能可與鉑催化劑相比，其起波電勢為-0.04 V，CV中氧氣還原峰在-0.15 V，且抗甲醇和耐衰減性能均優(yōu)于金屬鉑催化劑。
　　另外，本文對通過濕法紡絲制備的海藻酸鈷纖維進行了新用途研究，先用氫離子置換海藻酸鈣纖維中的鈣離子，再用鈷離子置換氫離子，形成海藻酸鈷纖維。將所得纖維于700℃下高溫煅燒，制備海藻酸鈷碳化纖維，再將碳纖維