[发明专利]一种玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极及其制备方法和应用，所述方法如下：S1：以玻璃碳作为衬底，使用金属Ni、Co、或者Fe作为催化剂，在玻璃碳表面沉积催化剂纳米薄膜；S2：将沉积有催化剂纳米薄膜的玻璃碳置于直流等离子增强化学气相沉积室中，通入保护气后加热所述玻璃碳，加热温度为600～900℃，压强保持为1～5mbar；S3：将碳源气体通入直流等离子增强化学气相沉积室内，在压强为3～10mbar下开启辉光放电等离子体，生长1～120 min后关闭等离子体停止生长即得所述玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极。本发明通过直流等离子体增强化学气相沉积法直接在玻璃碳表面上生长彼此间隔的垂直排列的多壁碳纳米管；本发明制备得到的玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极具有更高的比表面积和优异的导电性能。

技术领域

本发明涉及电化学应用技术领域，具体地，涉及一种玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

在众多电化学应用中，玻璃碳是一种重要且高效的惰性电极材料，通常被当作催化剂的载体使用。碳纳米管是碳的另一种同素异形体，其具有独特的电子特性，优异的热学性能、机械性能和化学稳定性，经常作为催化剂或其他活性物质的载体被开发利用。已有研究表明可以将成束的碳纳米管转移到玻璃碳上作为薄膜使用。

将玻璃碳和碳纳米管结合用于电化学应用有好几种方法。最常见的方法是用粘合剂在玻璃碳表面上固定涂覆一层无序的碳纳米管。然而，在玻璃碳上直接生长碳纳米管最根本的是要确保本体电极和碳纳米管电极之间良好的电接触。这种方法的问题是单个碳纳米管对玻璃碳载体的电导率由于渗透效应产生的串联电阻。类似地，转移排列的碳纳米管束也受到电气接触问题的影响。因此，它们可以用作薄膜而无法用作高比表面积的电极。有研究表明，碳纳米管可以通过形成酰胺键共价垂直固定在玻璃碳电极的表面可用于免疫传感器的应用；然而碳纳米管的共价结合仅限于在单壁和双壁碳纳米管中发现的小直径碳纳米管。虽然它们在传感器的应用上是有用的，但是玻璃碳/碳纳米管复合材料的导电率过低，无法支持电催化反应的进行。还有研究表明碳纳米管束可以通过射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)直接在玻璃碳上生长，垂直排列的碳纳米管束直接生长在玻璃碳上，这可以克服电接触的问题。然而，碳纳米管束的密度过大，碳纳米管之间没有间隔，会产生拥挤效应，不适合用作电化学活性材料涂层；这显著限制碳纳米管的应用，尤其是作为催化剂载体的应用。

因此，仍需研发一种比表面积大、导电性能好、可用于各种电催化应用领域的玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极的制备方法，本发明通过直流等离子体增强化学气相沉积法直接在玻璃碳表面上生长彼此间隔的垂直排列的多壁碳纳米管；制备得到的玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极具有更高的比表面积和优异的导电性能。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极。

本发明的另一目的在于提供上述玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极在电化学领域中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极的制备方法，所述方法如下：

S1：以玻璃碳作为衬底，使用金属Ni、Co、或者Fe作为催化剂，在玻璃碳表面沉积催化剂纳米薄膜；

S2：将沉积有催化剂纳米薄膜的玻璃碳置于直流等离子增强化学气相沉积室中，通入保护气后加热所述玻璃碳，加热温度为600～900℃，压强保持为1～5Mbar；

S3：将碳源气体通入直流等离子增强化学气相沉积室内，在压强为3～10Mbar 下开启辉光放电等离子体，生长1～120min后关闭等离子体停止生长即得所述玻璃碳/多壁碳纳米管复合电极。