[发明专利]一种金属氢氧化物中空纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种金属氢氧化物中空纳米管及其制备方法和应用，该方法可包括：A)将超细碲纳米线与葡萄糖等混合，通过水热碳化过程，得到碳纳米纤维；B)将碳纳米纤维与金属盐前驱体混合，通过油浴加热反应，得到金属盐前驱体包覆的碳纳米纤维；C)将金属盐前驱体包覆的碳纳米纤维通过碱刻蚀处理，除去碳纳米纤维模板，得到中空的金属氢氧化物纳米管。该方法简单实用，产品纯度高，反应成本较低，易于大规模推广。将该纳米管用于电化学超级电容器的电极材料时，具有非常高的比电容特性，优于大多数文献报道的数值，有望应用于电化学超级电容器领域。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种金属氢氧化物中空纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

空心结构过渡金属材料由于具有清晰的内部孔道和功能化的外壳，已经吸引了人们的极大关注。具有这种独特的结构的材料具有诸多优点，包括低的密度、大的孔隙率、高的比表面积等。这些优势使得空心结构过渡金属材料在能源存储与转换、气体传感、催化反应、药物释放等领域，具有很好的应用价值。特别地，作为电化学能源存储器件的电极材料，具有空心结构的材料比非空心材料在比容量以及循环稳定性上都有着明显的优势。因此，该类材料被认为是一种很有前景的电极材料。然而，如何实现空心纳米结构的简单、低成本、可控制备，已经成为目前亟待解决的问题之一。

自从发现碳纳米管以来，由于它具有短的电子传输路径、大的可利用孔道、易于形成三维网络结构等优势，一维空心纳米管材料引起了人们的研究热潮。目前，制备一维空心结构的方法主要包括模板法、自组装法以及阳极氧化法等。其中，模板法被认为是最有效以及最可靠的方法。

碳纳米管是一种常用的一维模板，用碳纳米管作为模板制备空心结构过渡金属材料的主要步骤包括：首先，通过酸化处理对碳纳米管进行表面官能团修饰；其次，在碳纳米管表面进行金属前驱体包覆；最后，通过在空气中煅烧除去碳纳米管模板，得到过渡金属的空心结构。

然而，碳纳米管作为模板也存在一些缺点。由于碳纳米管模板的碳化程度较高，既耐酸又耐碱，因此除去较为困难，需要在空气中加热到400℃才能实现，这往往会导致一维结构的塌陷和材料的团聚。同时，一些热稳定性差的金属基化合物，例如金属氢氧化物材料很难通过该方法获得。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种金属氢氧化物中空纳米管及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法能制得电化学性能良好的金属氢氧化物中空纳米管，该方法简单实用，产品纯度高，易于大规模推广。

本发明提供一种金属氢氧化物中空纳米管的制备方法，包括以下步骤：

A)以碲纳米线为模板，以糖类物质为碳源，通过水热碳化反应，得到碳纳米纤维；

B)将所述碳纳米纤维与金属盐前驱体混合，通过油浴加热反应，得到金属盐前驱体包覆的碳纳米纤维；

C)将所述金属盐前驱体包覆的碳纳米纤维进行碱刻蚀处理，得到金属氢氧化物中空纳米管。

优选地，所述步骤A)中，碳纳米纤维按照以下方法制备：

将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氨水和水合肼在水中混合，进行水热反应，得到碲纳米线分散液；

将所述碲纳米线分散液与糖类物质在水中混合，进行水热碳化反应，得到碳纳米纤维。

优选地，所述步骤A)中，碲纳米线与糖类物质的摩尔比为(0.06～0.15)：(6～15)。

优选地，所述步骤A)中，水热碳化反应的温度为160℃～200℃，反应时间为12h～36h。

优选地，所述步骤B)中，金属盐前驱体为乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、氯化镍、氯化钴和氯化锰中的一种或多种。