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1. 研究目的与意义
研究目的：制作纳米纤维素；以纳米纤维素作基底混合金属氧化物（TiO2）和碳材料（碳纳米管），制备电容较大的电极材料；用制备得到的材料做成电极，对其性能进行分析和表征。
研究意义：作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有本征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料。按照制备方法（机械法、氧化法、水解法）的不同,可以得到具有不同物理微观形态和化学修饰基团的2类纳米纤维素：纳米纤维素纤丝和纳米纤维素晶体。按照储能机制的不同,导电活性物质主要包括导电高分子（聚吡咯、聚苯胺等）、金属氧化物（二氧化锰、二氧化钛、氧化锌等）和碳材料（碳纳米管、石墨烯等）。由于纳米材料形态特征的差异性,纳米纤维素与导电活性物质可以形成不同微观尺度和结构特性的导电复合材料。碳材料与纳米纤维素形成的导电复合材料,可作为柔性电极用于柔性电池、柔性超级电容器等电子器件领域;金属氧化物其纳米粒子具有独特的磁性、光学、压电等性能,其纳米纤维素复合材料在光电材料、太阳能电池等领域具有应用价值。
2. 国内外研究现状分析
（1）河南省生物质能源重点实验室董莉莉、任素霞、朱金陵、雷廷宙以纳米纤维素为基体材料,单壁碳纳米管为导电活性材料,利用自组装技术制备了cncs/swnt导电复合物.利用x射线衍射、热重分析、循环伏安和交流阻抗等测试方法对所制备样品的晶型、热稳定性和电化学性能进行表征.分析结果表明,cncs表面的羟基和swnt表面的羧基相互作用,形成氢键,导致cncs/swnt复合物结晶度降低,热稳定性增强.电化学测试分析表明,与cncs修饰电极相比,cncs/swnt复合物修饰电极的电荷迁移阻力更小,电化学活性更高。
（2）浙江大学郑冰娜、高超通过湿法纺丝方法制备了大片氧化石墨烯和多壁碳纳米管的全碳复合纤维。石墨烯和碳纳米管的协同效应使纤维具有良好的电化学性能,所制备纤维超级电容器的循环伏安曲线近似矩形,表现出碳材料典型的双电层电容性质;在电流密度为0.1ma/cm2的恒流充放电测试中,纤维超级电容器面积比电容可达到32.6mf/cm2。另外,复合纤维表现了高导电率和较高力学强度的综合性能,化学还原后电导率可达500～800s/m,单丝的拉伸强度和杨氏模量可达377mpa和4.2gpa。
（3）大连理工大学邱介山教授领导的学术团队在前期工作基础上, 以整体性炭材料--石墨纸为基底，设计并成功构筑出三维镍钴铝层状氢氧化物纳米片(nicoal-ldh)耦合碱式碳酸钴镍纳米线(nico-ch)的柔性复合结构纳米材料(ldh-nps/ch-nws)。线状nico-ch有助于形成网络状的超疏松开放结构，进而实现电解液的快速传输；机械柔性和导电性优异的石墨纸则作为基底和集流体，这为柔性储能器件和电子设备的设计与构筑提供了可能。基于这类整体性电极材料，利用商业化的活性炭，构筑了高性能不对称超级电容器，其水系中的能量密度高达58.9 wh/kg，显示出巨大的应用潜力。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：
（1）制作纳米纤维素；
（2）以纳米纤维素作基底混合金属氧化物（tio2）和碳材料（碳纳米管），制备电容较大的电极材料；
4. 研究创新点
（1）纤维素物质广泛存在于自然界中,具有无毒性、柔韧性、多孔性、生物降解性和相容性等优点,因此,可以利用纤维素为模板或支架,将客体材料引入纤维素的独特天然结构中,制备新型纤维素功能材料。
（2）目前研究出的电极材料往往电容值较小，远低于理论值，碳材料与纳米纤维素形成的导电复合材料具有良好的导电性、比表面积大和结构性能稳定等优点，有望制备性能更加优良的柔性电极材料。
