[发明专利]一种简单有效制备三维碳纳米管/石墨烯杂化材料的方法

权利要求书

1.一种简单有效制备三维碳纳米管/石墨烯杂化材料的方法，其特征在于按照如下步骤进行：

(1)采用浓硫酸和浓硝酸分别对碳纳米管和石墨烯微片进行处理；

(2)以偶氮二异丁腈作为引发剂，以丙烯酰氯为单体，采用原子转移自由基聚合制备得到聚丙烯酰氯的浅黄色溶液；

(3)将步骤(1)制得的羟基化碳纳米管接枝聚丙烯酰氯；

(4)制备三维碳纳米管/石墨烯杂化材料：将接枝聚丙烯酰氯的羟基化碳纳米管再接枝步骤(1)制得的羟基化石墨烯微片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中处理方法为：

①将100-1000mg碳纳米管和10-60mL浓硫酸置于250mL三口烧瓶中，搅拌溶解5-6小时；

②再加入10-60mL浓硝酸，搅拌溶解0.5-1小时，其中浓硫酸与浓硝酸体积比为1:1-3:1；

③将三口烧瓶移入140℃的恒温油浴中，回流一小时；反应结束后，用去离子水稀释沉淀，过滤、洗涤、烘干，制得羟基化碳纳米管；选用相同的反应条件，得到羟基化的石墨烯微片。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中聚丙烯酰氯的制备方法为：称取1.64-3.28mg偶氮二异丁腈和6-10mL的无水1,4二氧六环溶液，置于已干燥的充有氮气的100mL单口圆底烧瓶中，搅拌溶解；向其中加入2mL丙烯酰氯，在N₂保护下，60℃搅拌48小时，得到浅黄色的聚丙烯酰氯溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述偶氮二异丁氰与丙烯酰氯的摩尔比为0.5-1:100。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中羟基化碳纳米管接枝聚丙烯酰氯的方法为：

①称取50-100mg步骤(1)制得的羟基化碳纳米管置于100mL干燥圆底烧瓶中，注入100-200mL无水1,4二氧六环，抽真空后充入氮气，通过超声和磁力搅拌作用使其充分分散；

②再将合成的聚丙烯酰氯通过导管逐滴滴入碳纳米管分散液中，移入恒温油浴锅，于80℃下恒温搅拌48小时，注入三乙胺中和至pH＝7；

③反应结束后在隔绝空气条件下对反应物进行减压过滤，并用无水四氢呋喃多遍清洗，得到黑色的聚丙烯酰氯接枝的碳纳米管。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述1,4-二氧六环的用量使体系的质量浓度为0.5-1mg/mL。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中制备三维碳纳米管/石墨烯杂化材料的方法为：

①称取50-100mg步骤(1)制得的羟基化石墨烯微片置于250mL干燥圆底烧瓶中，注入100-200mL无水1,4二氧六环，抽真空后通入氮气，通过超声和磁力搅拌，得到均匀分散的溶液；

②将步骤(3)制得的聚丙烯酰氯接枝的羟基化碳纳米管逐滴滴入羟基化石墨烯微片的溶液中，滴完后将圆底烧瓶移入恒温油浴锅中，于80℃恒温条件下磁力搅拌反应48小时，注入三乙胺中和至pH＝7；

③反应结束，将反应产物减压过滤，用四氢呋喃多次清洗，抽滤得到黑色反应产物，置于60℃真空烘箱中干燥得到三维碳纳米管/石墨烯杂化材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述1,4-二氧六环的用量使体系的质量浓度为1-2mg/mL。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)和(4)中羟基化碳纳米管与羟基化石墨烯微片的质量比为1:2-2:1。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中丙烯酰氯的加入量为步骤(4)中总碳纳米材料用量的1-2phr。