[发明专利]镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法和装置

说明书

技术领域

本申请涉及一种镍（Ni）纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法和装置。

背景技术

由于碳纳米管具有独特的电学性能、大的比表面积、高的机械强度、好的热稳定性和化学稳定性，使其在诸如作为透明导电电极、作为催化剂载体和柔性透明电子器件等领域有着潜在的应用。纯的本征碳纳米管的直径、管壁数目、卷曲方向、手性、纳米管的表面缺陷等因素对碳纳米管的物理和化学性能有重要影响，例如，多壁或少壁碳纳米管相对单壁碳纳米管具有较差的透光率；单壁碳纳米管根据卷曲方向和直径的不同可分别具有金属性和半导体性；碳纳米管的表面缺陷对其电导率有重要作用。

近年来，研究者发现，采用不同材料对碳纳米管进行功能化修饰可丰富碳纳米管的性能，并进一步拓宽其应用领域。例如，通过杂原子参杂、聚合物复合、及贵金属和金属氧化物复合功能化后，能够显著地提高其作为传感器敏感材料对待测气体分子的灵敏度、选择性、响应速度等气敏性能。目前为止，人们已经采用化学气相沉积法(CVD)、水热法、溶剂热法、电化学法、无电沉积法等方法实现了对碳纳米管的功能化。然而，在这些方法中，CVD法需要较高的反应温度，且所得产物产率较低；水热法则需要高压的反应环境；电化学法只能实现对电极薄膜材料的功能化而不能形成大批量的功能化溶液；无电沉积法则受碳管本征电极电势的影响只能实现极少部分金属纳米粒子的功能化过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法和装置，利用该装置和方法产量高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法，在0~100℃的温度条件下，将阴极和由待功能化的Ni组成的阳极一起插入含有一定浓度的碳纳米管分散液的电解液中，并在阴极和阳极上加载0~220V的工作电压，同时伴以搅拌，反应一段时间后，电解液中的碳纳米管会被阳极上的Ni以纳米粒子的形式功能化，从而获得由金属纳米颗粒功能化的碳纳米管溶液。

在上述的镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法中，所述碳纳米管分散液的浓度为0.0035-0.035mg/ml。

优选的，所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为单壁碳纳米管、少壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的任意一种或多种的组合。

在上述的镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法中，所述电解液中还含有表面活性剂。

优选的，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任意一种或两种的组合。

优选的，所述表面活性剂的浓度为1-10mg/ml。

在上述的镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法中，所述电解液中还含有NH₄Cl溶液。

优选的，所述NH₄Cl溶液的浓度为0.01-0.4mmol/ml。

在上述的镍纳米颗粒功能化碳纳米管的制备方法中，所述的反应时间为5~90min。

本申请还公开了一种用以制备上述镍纳米颗粒功能化碳纳米管的装置，所述装置包括用以容纳电解液的电解槽以及位于所述电解槽内且相对设置的阴极和阳极，所述阴极和阳极之间电性连接有电源。

优选的，所述阴极和阳极之间的距离为1-4cm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：可以实现大批量的制备，产量高，且反应温度为室温，小于100℃均可。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中金属纳米颗粒功能化碳纳米管的制备装置；

图2所示为本发明第一实施例中制备的Ni纳米颗粒功能化单壁碳纳米管的SEM照片；

图3所示为本发明第二实施例中制备的Cu纳米颗粒功能化单壁碳纳米管的SEM照片（左）和EDS图谱（右）；

图4所示为本发明第三实施例中通过改变反应时间以调控所制备的Cu纳米颗粒功能化单壁碳纳米管的尺寸和分布的示意图。

具体实施方式