[发明专利]制备金属、金属氧化物或金属氢氧化物与碳纳米管复合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属、金属氧化物、金属氢氧化物/碳纳米管复合材料的方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)自1991年发现以来就因其完美的结构和极好的物理性质被广泛应用于构筑新型有机、无机功能纳米复合物。所制备的复合物可用于光电器件、传感器、高强度材料和催化剂等。

碳纳米管复合物的合成方法主要有以下三种：(1)共价改性法，这种方法往往首先需要对碳管表面进行强酸化处理，引入羧基或羟基官能团，然后进一步作改性键接。但共价改性不可避免会造成碳管电子结构的破坏，同时增加了合成成本和过程的复杂性。(2)非共价键改性，即在碳管表面吸附有机分子、聚合物电解质和表面活性剂等以增强负载物和碳管表面的结合力。但这种方法的缺点是所吸附的分子会阻碍复合物在一些领域的应用如催化应用等。(3)超临界流体化学沉积法，但较高的反应温度和操作压力限制了这种方法的广泛应用。总之，以上三种方法普遍存在负载效果差、颗粒聚集严重、颗粒尺寸偏大(＞3nm)、负载量低等缺陷。因此，发展一种更加温和、简便有效的方法制备高负载量且小尺寸的碳纳米管基复合物具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备金属、金属氧化物或金属氢氧化物与碳纳米管复合物的方法。

本发明提供的制备金属-碳纳米管复合材料的方法，包括如下步骤：1)分别将碳管和金属前驱体均匀分散在溶剂中，得到碳管的分散液和金属前驱体的分散液，再将所述碳管的分散液和金属前驱体的分散液混合均匀，得到所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液；2)将所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液与还原剂进行反应，得到所述金属-碳纳米管复合材料；

其中，所述步骤1)和步骤2)均是在超声作用下进行的。

上述方法的步骤1)和步骤2)中，所述超声步骤中，超声分散的能量为50-750W，优选500-750W，超声分散的时间为1-10分钟，优选2-5分钟，超声分散的温度为0℃；各种常用的超声分散装置均适用于本方法，如水浴超声仪或超声破碎仪。所述碳管的分散液的浓度为0.01-1mg/mL，所述金属前驱体的分散液的浓度为0.001-10mg/mL；所述还原剂与所述金属前驱体的摩尔比为5∶1；所述溶剂选自丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、乙基吡咯烷酮和环己基吡咯烷酮中的至少一种；所述金属前驱体选自氯金酸、氯铂酸、氯化钌、氯化铑、硝酸银和乙酸钯中的至少一种；所述还原剂选自硼氢化钠、柠檬酸、抗坏血酸和肼中的至少一种。各种常用的碳管均适用于该方法，如单壁或多壁碳纳米管。

本发明提供的一种制备金属氧化物-碳纳米管复合材料的方法，包括如下步骤：1)分别将碳管和金属前驱体均匀分散在溶剂中，得到碳管的分散液和金属前驱体的分散液，再将所述碳管的分散液和金属前驱体的分散液混合均匀，得到所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液；2)将步骤1)得到的所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液与碱性溶液进行反应，得到所述金属氧化物-碳纳米管复合材料；

其中，所述步骤1)和步骤2)均是在超声作用下进行的。

上述方法的步骤1)和步骤2)中，所述超声步骤中，超声分散的能量为50-750W，优选500-750W，超声分散的时间为1-10分钟，优选2-5分钟，超声分散的温度为50℃；各种常用的超声分散装置均适用于本方法，如水浴超声仪或超声破碎仪。所述碳管的分散液的浓度为0.01-1mg/mL，所述金属前驱体的分散液的浓度为0.001-10mg/mL；所述溶剂选自丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、乙基吡咯烷酮和环己基吡咯烷酮中的至少一种；所述金属前驱体选自硝酸铈和硝酸铕中的至少一种；所述碱性溶液中的溶质选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨气中的至少一种，溶剂选自丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、乙基吡咯烷酮和环己基吡咯烷酮中的至少一种和水的混合溶剂；所述金属前驱体与所述碱性溶液中溶质的摩尔比为1：所述金属前驱体中金属的价态数。各种常用的碳管均适用于该方法，如单壁或多壁碳纳米管。

本发明提供的另一种制备金属氧化物-碳纳米管复合材料的方法，包括如下步骤：1)分别将碳管和金属前驱体均匀分散在溶剂中，得到碳管的分散液和金属前驱体的分散液，再将所述碳管的分散液和金属前驱体的分散液混合均匀，得到所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液；2)将步骤1)得到的所述碳管和所述金属前驱体溶液的分散液与乙醇和水的混合液进行反应，使反应生成的金属氧化物均匀负载于所述碳管表面，得到所述金属氧化物-碳纳米管复合材料；