[发明专利]一种提高纳米碳材料导电性的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料改性技术领域，具体涉及一种提高纳米碳材料导电性的方 法。

背景技术

随着科学技术的进步和生产力水平的提高，现代社会实现了快速发展，但同 时也面临着日益严峻的资源、能源和环境问题，而其中最关键的部分便是能源的 开发利用技术和手段的问题。太阳能、风能等新能源的开发与利用为应对化石资 源短缺、能源危机、温室效应等提供了出路，但新能源的高效储存与便捷利用一 直是其技术应用与商业推广中的核心所在。以各种纳米碳材料为电极或者电极添 加剂的二次电池是一种理想的高效储能器件。

纳米碳材料具有巨大的比表面积、丰富可调的孔结构、较高的导电性，能够 满足高性能电池对于电极材料的要求。然而，不同原料、不同方法制备得到的纳 米碳材料即使结构类似，其导电性往往也会有较大的波动，这主要是因为在纳米 碳材料的表面会由于不同的原料来源和制备途径引入一定量的悬键、含氧官能团 和残留的吸附杂质等，存在结构缺陷，改变纳米碳材料表面的电子云分布，影响 sp²碳p轨道上的电子形成大π键，从而限制了电子在纳米碳材料中的自由迁移， 降低材料的导电性。

目前已报道的提高纳米碳材料导电性的方法主要有通过紫外线辐照(Cs. Mikóet al.,Applied Physics Letters,2006,88,151905-157907)或离子束辐照(CN 101830456B)实现一维纳米碳材料(碳纳米管、碳纤维等)的焊接，构成导电 网络，从而提高其导电性，但该方法成本较高，且改变了材料的微观结构，一定 程度上影响了材料的应用和方法的推广。另一类方法是通过空气氛围热处理(邱 广玮等，机械工程材料，2012，36，66-75)或热脉冲退火处理(M.T.Cole et al., Fullerenes,Nanotubes and Carbon Nanostructures,2014,22,545-554)等高温处理， 降解表面官能团和杂质，从而提高导电性，但高温热处理过程难控制，而表面氧 化过度又会带来新的结构缺陷和含氧官能团。此外，通过体相掺入杂原子或者界 面官能团嫁接也可以在一定程度上提高纳米碳材料的导电性，但此类方法对于纳 米碳材料的本征结构和化学活性等影响较大，在实际应用中限制较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高纳米碳材料导电性的方法，克服上述已有技 术的局限，在不影响纳米碳材料空间结构和形貌的情况下提高其导电性。

本发明的技术方案如下：

一种提高纳米碳材料导电性的方法，该方法包含如下步骤：

1)将纳米碳材料均匀放置于反应器中，在惰性气体的载气气氛下加热升温 至400～1500℃；

2)反应器达到上述设定温度后，向其中通入氢气，恒温处理后停止加热， 冷却至室温后取出纳米碳材料。

步骤1)中所述纳米碳材料为炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管材料、石墨烯 材料、富勒分子材料中的一种以上，或者炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管材料、 石墨烯材料、富勒分子材料中的两种以上通过化学键连接得到的杂化物。

所述惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种以上。

其中，氢气与载气的流量比为1∶0.01～10，恒温处理时间为1min～10h。

本发明所述提高纳米碳材料导电性的方法能够有效提高纳米碳材料的导电 性，与现有技术相比，具有如下优越性及突出性效果：

本发明与现有技术相比，能够在不引入新的化学污染，不影响材料空间结构 和形貌的情况下有效提高纳米碳材料的导电性，适用于不同种类的纳米碳材料， 普适性强。该过程简单可控，反应器设备要求低，操作成本低廉，且可以通过流 化床等反应器实现工程放大和规模化处理，有助于推动纳米碳材料的性能优化及 其在电化学储能、电学器件等领域的应用。