[发明专利]一种制备银纳米颗粒修饰的碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备银纳米颗粒修饰的碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)具有优异的力学、电学以及其它物理性质， 因此自1991年该类材料被发现以来，其就引起了世界范围内科研工 作者的极大兴趣。目前的研究工作主要着重于碳纳米管的制备、结构、 性能及其应用等。与其它传统碳材料(如石墨和金刚石)相比，碳纳 米管可被认为是石墨层卷曲之后形成的管状一维纳米材料：其直径一 般为1-50nm，长度为10-50μm甚至更高，因此其长径比高于1000。 碳纳米管的这种独特结构使其成为一种特殊的模板来制备金属纳米 颗粒修饰的碳纳米管。这种新型的纳米杂化材料既具有金属纳米颗粒 的特性，同时又具有碳纳米管的优异性能，因此在催化、能源储存、 生物技术以及纳米技术等方面存在着巨大的应用潜力。

许多文献报道了金属颗粒修饰的碳纳米管的制备方法，并且对 这类新型纳米杂化材料的电学、磁学及光学等性能进行了研究。在这 些研究中，银纳米颗粒修饰的碳纳米管(AgCNT)因为具有广泛的 应用前景(如催化剂、光限幅材料以及导电材料)而获得科研工作者 的极大关注。目前制备AgCNT的主要方法有热分解反应法、气相 沉积法、表面化学反应法以及γ-射线辐射法等。采用上述方法制备 AgCNT主要有两个缺点：1)由于银纳米颗粒和碳纳米管表面之间 的相互作用很弱，因此银纳米颗粒极易通过毛细管作用进入到碳纳米 管内部，从而难以实现银在碳纳米管表面的修饰；2)纳米粒子的聚 集导致银纳米颗粒很难在碳纳米管表面形成单一分散且粒径分布均 一的纳米颗粒修饰层。为了能够制备结构良好的AgCNT，需将碳 纳米管表面进行功能化或活化，以提高碳纳米管和银纳米颗粒之间的 相互作用。用硫酸、硝酸等高浓度强酸对碳纳米管进行处理是一种提 高碳纳米管和银颗粒之间相互作用的有效方法。但是这种方法会对碳 纳米管的结构造成严重的破坏，从而降低其力学、电学能性能。

美国专利申请公开No.20050220988(其以引用的方式并入本文 中)报道了一种通过硅烷偶联剂制备金属颗粒沉积的碳纳米管的方 法。在此发明中将碳纳米管首先浸于含有铂(Pt)和三氯化钌(RuCl₃) 的硅烷偶联剂溶液中，然后用氢气还原金属离子成为金属颗粒，从而 制备含有金属颗粒修饰的碳纳米管。该发明充分利用了金属离子可在 碳纳米管薄膜上吸附及沉积的特点，但是该方法的实验步骤包括了纳 米颗粒的沉积以及随后的氢气还原过程，因此导致在实际应用过程中 成本较高；此外，在制备的产物中引入新的杂质硅化合物，众所周知 硅是一种化学惰性和介电材料，因此在碳纳米管表面上引入硅会影响 金属颗粒的催化性能以及碳纳米管的电学性质。因此开发一种简单、 实用且对环境友好的方法是必须的。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述的金属颗粒修饰的碳纳米管制备 方法中存在的缺点，同时提供一种简单制备金属纳米颗粒修饰的碳纳 米管杂化材料的新方法。

已知可以通过多元醇技术来制备超细金属颗粒。美国专利申请 No.US20060090599报道了通过多元醇反应制备直径为1-10nm的金 属颗粒。多元醇方法也被用于制备具有不同形貌的银金属颗粒。本发 明人注意到，通过控制反应条件，银颗粒的大小分布、聚集程度及晶 型等都可以得到控制。另外，目前为止，不论是何种方法制备的碳纳 米管(包括电弧法、激光蒸发法、气相沉积法等)，其表面都含有杂 质以及位错、缺陷等不完美结构，这些不完美结构已经通过拉曼光谱、 高分辨透射电子显微镜等不同方法得到确认。但是，本发明人注意到， 这些不完美结构在溶液反应中对金属颗粒的成核以及生长起重要作 用。通过控制温度、碳纳米管的分散等加工条件，可以采用金属纳米 颗粒来利用并弥补这些不完美结构，从而制备结构良好的金属-碳纳 米管杂化材料。