【摘 要】
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螺旋碳纳米纤维（HCNFs）拥有非凡的电子、机械和结构特性,在许多潜在应用中具有广阔的发展前景。多种HCNFs的合成方法被相继提出并不断优化。工艺简单、能耗低、产率高是其合成工艺追求的目标。本论文以Sn Cl4·5H2O和Sn-MOF（锡基金属有机框架）作为催化剂利用乙醇火焰法制备HCNFs,得到了该方法的最佳工艺路线,并测试了制备的HCNFs作为电极材料的电化学性能。（1）探索了在大气环境中通过
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螺旋碳纳米纤维（HCNFs）拥有非凡的电子、机械和结构特性,在许多潜在应用中具有广阔的发展前景。多种HCNFs的合成方法被相继提出并不断优化。工艺简单、能耗低、产率高是其合成工艺追求的目标。本论文以Sn Cl4·5H2O和Sn-MOF（锡基金属有机框架）作为催化剂利用乙醇火焰法制备HCNFs,得到了该方法的最佳工艺路线,并测试了制备的HCNFs作为电极材料的电化学性能。（1）探索了在大气环境中通过乙醇火焰法以Sn Cl4·5H2O作为催化剂制备HCNFs的最佳条件,并测试了该条件下制备的HCNFs的储锂性能。实验表明,随着镍片-火焰距离的增加,HCNFs含量增加,但均匀度逐渐下降;随着烧制时间的延长,HCNFs的均匀度先增加后降低;Sn Cl4·5H2O溶液的浓度会影响碳纳米纤维的形貌和均匀度。最终得出制备均匀HCNFs的最佳条件为:73 wt.%Sn Cl4·5H2O/无水乙醇溶液,镍片-火焰距离为1.5 cm,烧制9 min。HCNFs作为锂离子电池的负极材料拥有良好的电化学性能,并且硝酸处理过后的HCNFs电化学性能有一定的提升。（2）报道了通过乙醇火焰法以Sn-MOF为催化剂生长Sn-HCNFs的简便、通用和高产率的策略,并分析Sn-HCNFs作为钠离子电池负极的电化学性能。通过设计一系列不同反应时间、超声处理-再次生长以及对Sn-MOF进行预处理等实验,揭示了Sn-HCNFs可能的生长机理:Sn-MOF首先在乙醇火焰中转化成Sn O2,然后催化形成HCNFs。随着反应时间增加,HCNFs的直径和长度都会逐渐增加,其比表面积和无序结构也会增加。同时,该策略适用于获得各种MOFs基CNFs/CNTs组装架构。Sn-HCNFs作为钠离子电池负极材料具有优异的电化学性能。（3）研究了Sn Cl4·5H2O和Sn-MOF为催化剂制备的HCNFs作为电极材料的超级电容器电化学性能。实验结果表明,硝酸处理将会使HCNFs的比容量大幅度增加(在0.5 A g-1的电流密度下,硝酸处理过的HCNFs的比容量由31.6 F g-1增加到89.1F g-1);Sn-MOF在乙醇火焰中反应时间越长,得到的Sn-HCNFs的电化学性能越好(在0.5 A g-1的电流密度下,Sn-HCNFs-9、Sn-HCNFs-30和Sn-HCNFs-60的比容量分别为129.0 F g-1、147.9 F g-1和189.5 F g-1);HCNFs的循环稳定性都非常优异(在电流密度为2 A g-1时,循环10000圈后的可逆比容量都没有出现降低);Sn-HCNFs的电化学性能优于HCNFs。
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