[发明专利]以苯酚为前驱物构建负载Pt粒子的水分散型碳纳米管

说明书

技术领域

本发明涉及一种以苯酚为前驱物构建负载Pt粒子的水分散型碳纳米管的制备方法。 

背景技术

自碳纳米管(CNTs)首次发现以来(Nature 1991，354，56)，CNTs以其新颖的管状结构、非凡的性质和许多很有希望的应用前景而受到全世界的广泛、强烈关注(Science 2002，297，787)。由于CNTs拥有大的比表面、优良的导电性、令人满意的机械性质和很好的化学稳定性，这就决定了CNTs是一种十分理想的金属催化剂载体(Appl.Catal.A 2003，253，337；Int.Mater.Rev.2004，49，325；Small，2006，2，182)。近期研究也表明CNTs在甲醇氧化燃料电池中是一种很好的潜在电极材料。众所周知，完整的CNTs可以看作是单层或多层石墨层面卷曲而成，因此CNTs表面是化学惰性的，因此很难直接在其表面沉积分散金属纳米粒子，也决定了CNTs很难分散在绝大多数溶剂里面；而且CNTs因其具有很高的范德华力、比表面、长径比而不可避免地造成自身聚集，这样会阻止CNTs的优越性质向目标基底的传递(Chem.Phys.Lett.2002，364，303)。为了克服这些问题，通过许多复杂官能化的共价表面化学将是目前最有效运用最多的方式，尽管也存在其它方法，如物理混合(Adv.Mater.2005，17，1186)和分散剂辅助分散法(Nano Lett.2004，4，1257)。然而复杂官能化的过程会破坏CNTs的质量，包括CNTs的热学、光学、电学和机械性质(J.Am.Chem.Soc.2003，125，14893；J.Phys.Chem.B 2003，107，3712；Adv.Mater.2005，17，17；J.Phys.Chem.A 2004，108，11151；J.Am.Chem.Soc.2003，125，8722；J.Am.Chem.Soc.2004，126，11158.)，另外从经济角度也会增加成本。要克服上述不利结果，在CNTs的生长过程中引入化学活性位到CNTs里面去将是一个很不错的方法，这样生长得到的CNTs将可以直接用来作为金属催化剂的载体，而无须进行苛刻的改性过程。这种思路在我们组最近报道的关于Pt/N掺杂CNTs复合体催化剂催化甲醇氧化上得到很好的证明(J.Phys.Chem.B 2006，110，16422；J.Mater.Chem.，2008，18，1747)。也就是在CNTs的生长过程中引入N原子，这种含N原子的CNTs具有区域缺陷，可使得CNTs的侧壁有化学活性，结果可以直接在N掺杂的CNTs表面上锚定金属纳米粒子而无须对原始的CNTs进行化学改性，且得到的Pt/N掺杂CNTs复合体具有显著的电催化甲醇氧化的效果。在本 发明中，发明人有目的地以一种新颖的前驱物-苯酚在较低温度下大量制备出CNTs，结果该方法制备出的CNTs可以直接用作催化剂的载体而无须进行必须的苛刻的改性，大量的直径小于3nm的Pt纳米粒子很均匀地锚定在CNTs管壁上；而且制得的CNTs以及Pt/CNTs复合体可以在水中长时间地分散而不沉积分离。为了充分说明以苯酚制备得到的CNTs具有如此优越的性质，发明人还同时以苯作前驱物，在相同的条件下也大量制备出CNTs，但结果发现以苯制备出的CNTs不可以在水中长时间的分散，且Pt纳米粒子也难以大量在其表面上沉积。通过比较以苯酚和苯制得的CNTs的性能，可以看出以苯酚制得的CNTs在电催化领域将有十分广阔的应用前景。 

从上述可知，至今人们在燃料电池制备Pt纳米粒子的载体方面还是遇到一些困难，发明人从这个方面入手，以苯酚为前驱物，制备得到的CNTs可以直接用来作为Pt纳米粒子催化剂的载体，且能够很好长时间地分散在水中。 

发明内容

本发明目的是提供一种以苯酚为前驱物构建负载Pt粒子的水分散型碳纳米管的制备方法。该CNTs具有可以直接承载金属纳米粒子和水分散性等特点，且得到的Pt/CNTs复合体具有优良的甲醇电催化性能，在燃料电池方面将有广阔的应用前景。 

本发明的技术方案是： 

1)将负载80-120毫克Fe-Co催化剂的石英管置于反应室中心，把含有苯酚前驱物的瓷舟置于刚玉炉管的前端加热带处，在Ar气保护下反应室中心加热到500-700℃，然后使前端加热带在10-20分钟之内加热到100-140℃，反应时间维持80-120分钟，然后在Ar气中冷却至室温，所得产物经过简单的盐酸和氢氧化钠溶液提纯后得到CNTs；