[发明专利]一种制备多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法。

背景技术

金属氧化物在能源、化工、环境、信息等领域有着广泛的应用。比如，利 用其电化学储能性能，可以作为电极活性材料用于各种化学电源中；利用其气 敏和生物敏感性能，可以作为敏感材料用于气体传感器和生物传感器；利用其 电催化性能，作为催化剂用于燃料电池中；利用其光催化性能用于光解水、光 降解和染料敏化太阳能电池；利用其磁学性能用于信息记录与存储。具有孔结 构的金属氧化物由于具有高比表面积的特点，其孔结构还可提供电解液中离子 自由扩散的通道，因而多孔金属氧化物显现出更优的电化学储能、光催化、电 催化、气体敏感、生物敏感等性能，在上述领域有着良好的应用前景。

然而，金属氧化物存在电阻率高的缺点，限制了多孔金属氧化物性能的发 挥。为此，需要将多孔金属氧化物与导电性能良好的碳材料或金属材料复合， 制得高电导率的多孔金属氧化物/碳或多孔金属氧化物/金属复合材料。

碳纳米管具有奇特的中空一维纳米管结构，具有电导率高、比强度高、化 学稳定性和热稳定性好的优点。在碳纳米管表面均匀包覆多孔金属氧化物，制 得具有壳芯结构的多孔金属氧化物/碳纳米管复合材料，不仅可实现两相均匀 复合，获得高电导率的多孔金属氧化物/碳纳米管复合材料，有利于其在化学 电源领域的应用，而且金属氧化物与碳纳米管界面处的电子转移效应，有利于 其在光催化、气体和生物敏感领域的应用。

目前多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料的制备技术有两种。利用表面 活性剂作为成孔剂，采用水热法将表面活性剂与金属氧化物同时沉积在碳纳米 管表面，然后加热将表面活性剂热解去除，最后制得多孔金属氧化物/碳纳米 管复合材料(Kunlun Ding，et al.J Mater Chem，2009，19：3725-3731；Wen Zhenhai，et al.Adv Funct Mater，2007，17：2772-2778；Du Chunyu et al. Electrochem Comm，2009，11：496-498)。这种水热法制备方法受反应釜容积 的限制，制备产量低，无法进行大规模的生产。Liu Bin等人采用TiF4水解 法制备多孔TiO2包覆碳纳米管复合材料(Liu Bin et al.Chem Mater，2008， 20：2711-2718)。这种水解法使用了TiF4，制备废液易造成F污染；另外， 由于这种制备方法要利用TiF4水解的特性生成TiO2，此方法无法制备得到多 种不同多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料，该方法通用性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料现有制 备方法产量低、制备废液易造成F污染和通用性差的问题，而提供了一种制备 多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料的方法。

本发明制备多孔金属氧化物包覆碳纳米管复合材料的方法按照以下步骤 进行：一、向每毫升多元醇中加入0.5～800mg的金属盐，在50～180℃的条 件下溶解，即得到金属氧化物前驱溶液；二、按水与有机溶剂体积比0∶100～ 30∶100配制溶液，向每毫升该溶液中加入0.1～10mg的碳纳米管，然后超声 分散即得到碳纳米管分散液；三、将金属氧化物前驱溶液和碳纳米管分散液按 照1∶10～1∶0.1的体积比搅拌混合0.2～20小时，然后在3000～4000r/min 条件下离心1～10分钟，再用乙醇清洗离心所得沉淀，而后在室温条件下鼓风 干燥即得到金属氧化物的聚合物前驱体包覆碳纳米管复合材料；四、金属氧化 物的聚合物前驱体包覆碳纳米管复合材料经水分解或热解，即得到多孔金属氧 化物包覆碳纳米管复合材料；其中步骤一中的金属盐由乙酰丙酮盐、醇盐、草 酸盐、醋酸盐、甲酸盐、柠檬酸盐或酒石酸盐中的一种或几种组成，步骤二中 有机溶剂由酮类有机溶剂、醛类有机溶剂或羧酸类有机溶剂中的一种或几种组 成。