[发明专利]一种碳纳米管及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管呈竹节状形貌，即每根碳纳米管由2段以上的竹节状管段顺序连接而成，所述碳纳米管中含有N元素，一端包裹有金属纳米颗粒；所述碳纳米管的外径为50-300nm；

所述碳纳米管的制备方法，包括以下步骤，

(1) 金属有机骨架的合成：制备锌盐和有机配体2-甲基咪唑的混合溶液；30-120℃下进行反应，然后分离得到金属有机骨架；

(2) 前驱体的制备：将金属盐和氨基化合物溶于溶剂，加入步骤(1)中制备的金属有机骨架，分散均匀后，除去溶剂得前驱体；

(3) 碳纳米管的制备：将步骤（2）所得前驱体在惰性气氛下进行热处理，得末端包裹金属纳米颗粒的碳纳米管；

步骤(1)中所述有机配体为2-甲基咪唑；

其中步骤（2）中所述氨基化合物为尿素、双氰胺、三聚氰胺中的一种或两种以上。

2.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述N元素存在的形式为吡啶N、吡咯N、石墨化N和氧化N中的一种或两种以上，氮元素质量含量为2%-8%。

3.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述金属纳米粒子为铁和/或钴，金属纳米粒子的直径为50-300nm。

4.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述金属纳米颗粒占碳纳米管总质量的1%-10%。

5. 如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管的外径为300nm；所述金属纳米粒子的直径为300 nm。

6.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或两种以上，锌离子于混合溶液中的浓度为0.0125-0.1mol/L。

7.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述有机配体2-甲基咪唑于混合溶液中的浓度为0.1-0.8mol/L。

8.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述混合溶液中的溶剂为甲醇、乙醇、水和DMF中的一种。

9.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述金属盐为钴或铁的氯化物、硝酸盐、乙酸盐中的一种或两种以上。

10.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述溶剂为甲醇、乙醇和水中的一种或两种以上的混合溶液。

11.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述金属盐和氨基化合物的质量比1:1-1:5。

12.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述除去溶剂的方法为旋转蒸发和/或真空干燥。

13.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述热处理过程为升温至800-1100℃并保持0.5-3h，然后降温至室温；所述升温过程中从室温升温至热处理温度的升温速率为2-5℃/min；所述降温过程中降温速率为1-10℃/min。

14.如权利要求1所述碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述惰性气氛为氮气、氩气中的一种或两种的混合气。