碳納米纖維-Fe3O4多孔復(fù)合材料的制備及吸波和儲鋰性能研究.pdf

1、三維多孔碳基材料由于具有體積密度小、比表面積大以及相對質(zhì)量輕等特點在吸波材料和鋰離子電池電極材料領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的三維多孔碳基材料制備方法往往存在工藝復(fù)雜、成本較高以及產(chǎn)率較低等缺陷，因此設(shè)計一種新型的具備工藝簡單、成本低、環(huán)境友好和產(chǎn)率高等特點的三維多孔碳基材料具有重要的理論與實際意義。
　　本研究以細(xì)菌纖維素（BC）作為碳源制備了一種新型的三維多孔碳納米纖維（PBC），并對PBC進(jìn)行了表面氧化改性。SEM和FT-

2、IR結(jié)果顯示，改性后的PBC纖維表面增加了大量羧基基團(tuán)。為了提高PBC的吸波性能，采用化學(xué)共沉淀法制備了PBC/Fe3O4磁性復(fù)合材料。SEM和TEM觀察發(fā)現(xiàn)，PBC/Fe3O4復(fù)合材料具有三維多孔結(jié)構(gòu)；未改性 PBC中的 Fe3O4趨于自團(tuán)聚，平均粒徑為9.3 nm；而改性PBC中的Fe3O4均勻包覆在纖維表面，平均粒徑為5.4 nm，且隨著鐵離子濃度的提高，F(xiàn)e3O4含量逐漸增加。XRD和VSM結(jié)果顯示，未改性PBC中的Fe3O4結(jié)

3、晶度高，磁性強(qiáng)；而改性PBC中的Fe3O4結(jié)晶度較低，磁性較弱。改性PBC/Fe3O4復(fù)合材料提高了材料的阻抗匹配，在頻率9.12 GHz處，厚度為3.4 mm時，最大的反射損耗高達(dá)-62.1 dB，其吸波性能顯著高于純PBC、Fe3O4、機(jī)械混合法制備的PBC/Fe3O4復(fù)合材料、未改性PBC/Fe3O4復(fù)合材料以及其它相關(guān)的碳基吸波材料。
　　本研究以BC作為生物模板并采用水熱法制備了前驅(qū)體BC/α-Fe2O3復(fù)合材料，然后通

4、過碳化設(shè)計出一種新型的PBC/Fe3O4鋰離子電池負(fù)極材料。SEM、TEM和XRD結(jié)果表明，PBC/Fe3O4負(fù)極材料具有三維多孔結(jié)構(gòu)，且柔韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好；PBC/Fe3O4負(fù)極材料的纖維結(jié)構(gòu)與Fe(NO3)3濃度和碳化溫度直接相關(guān)，且Fe3O4納米顆粒的平均粒徑和結(jié)晶度隨碳化溫度升高逐漸增大；當(dāng)Fe(NO3)3濃度為0.1 mol/L、碳化溫度為600 oC時，PBC/Fe3O4負(fù)極材料的微觀結(jié)構(gòu)保持完整， Fe3O4納米顆粒在

5、PBC纖維表面分散均勻。與純PBC和Fe3O4相比，PBC/Fe3O4復(fù)合材料的循環(huán)性能和倍率性能顯著提高；當(dāng)Fe(NO3)3濃度為0.1 mol/L，碳化溫度為600 oC時，PBC/Fe3O4復(fù)合材料在100 mA/g的電流密度下循環(huán)100次后，可逆容量保持在754 mAh/g，當(dāng)電流密度為1 A/g時，材料的可逆容量為410 mAh/g，其循環(huán)性能和倍率性能顯著高于文獻(xiàn)報道的PBC/SnO2和PBC/Ge負(fù)極材料。
　　PB