[发明专利]一步法合成金属氧化物纳米片/碳纳米管复合物的方法

说明书

一步法合成金属氧化物纳米片/碳纳米管复合物的方法，包括以下步骤：（a）将已清洗好且干燥的不锈钢丝网或不锈钢片放入石英舟上置于恒温管式炉中央加热区；（b）常压下，在1路通入惰性气体，在仅有惰性气体的气氛中将炉温升温至1000～1200℃。待反应进行到恒温生长阶段，维持该惰性气体气氛，并且在2路通入氢气至水蒸气发生器中，同时打开3路通入碳源气体，反应1min～4h；（c）反应完毕后关掉氢气与碳源气体，在惰性气体下将反应炉降至室温。本发明制备出的MONs/CNT复合物是一种三维尺度的纳米结构，生长出末端开口的竹节状碳纳米管。方法操作简单、可控，低成本，适于大规模生产。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及金属氧化物纳米片/碳纳米管复合物的制备方法。

背景技术

由于碳纳米管（CNTs）和纳米结构金属氧化物具有许多非凡的物理化学性质，使得其在过去的二十年中被广泛研究，并被应用于工业应用中，如光催化和能量储存。其中许多这些应用，还致力于将这两类材料制造成CNT /金属氧化物纳米复合材料，旨在将这些材料的内在特性协同整合到新的混合材料中，从而改善性能以满足先进的应用如催化和纳米技术等的要求。一般来说，碳纳米管在这些纳米复合材料中的作用是公认的，也就是说，形成一个三维框架，从而产生优异的物理和化学性能。在大多数这些纳米复合材料中，电缆状护套纳米结构已被广泛制备出来，其中CNT用作金属氧化物的核心载体，而后者通常填充空腔，和/或通常制备为覆盖层。同时，金属氧化物成分大多以纳米颗粒形式存在。尽管如此，人们已经认识到金属氧化物显示出与形状/尺寸有关的特性。因此，为了大大提高金属氧化物/ CNTs纳米复合材料的物理和化学性能，异质的纳米金属氧化物结构的合成并与CNT组成纳米复合材料的长期以来一直是人们感兴趣的主题。

迄今为止，已经报道了各种方法来获得同轴核壳金属氧化物纳米管/碳纳米管纳米结构，使其非常有希望用于下一代储能应用。此外最近报道了碳纳米管主链上生长出新型金属氧化物纳米片（MONs），这种复合结构是有层次的多孔结构。研究表明MONS/CNT复合物具有优异的物理化学性质。而且，与金属氧化物纳米颗粒/ CNT或金属氧化物纳米管/CNT相比，MONs / CNTs纳米复合材料在某些应用领域表现出相当或甚至更好的性能。因此，过去几年一直致力于MONs / CNTs的合成。最近报道了通过简便的水热法可以实现在原材料CNT骨架上直立生长MONs。尽管如此，由于通常涉及洗涤或纯化的多个步骤的解决方法将其排除在广泛的应用之外。另外报道过通过垂直排列的碳纳米管阵列CNTA作为基底和电沉积技术组合制备在CNTA上生长氧化锰纳米花的目标。尽管CNTA有着规则的孔隙结构，突出的导电性和高表面积，但由于CNTA的高制造成本可能严重阻碍其在工业应用中的使用，所以CNTA模板法也遇到了瓶颈。如上所述的方法都需要多步合成过程，其中第一步通常是制造CNT作为基底，然后在其上生长金属氧化物纳米结构。

因此，尽管取得了显著的进步，寻找一步和低成本合成MONs / CNTs复合材料的的创新方法对于完全满足工业生产的需求是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一步法合成金属氧化物纳米片/碳纳米管复合物的方法，直接在不锈钢丝网或不锈钢片上大规模生长MONs/CNT复合材料，本发明的目的还在于提供一种一步法大规模生长MONs/CNT的方法。该方法可控简便、成本低，具有广泛的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种一步法合成金属氧化物纳米片/碳纳米管复合物的方法，包括以下步骤。

（a）将已清洗好且干燥的不锈钢丝网或不锈钢片放入石英舟上置于恒温管式炉中央加热区。

（b）常压下，在1路通入惰性气体，在仅有惰性气体的气氛中将炉温升温至1000～1200℃。待反应进行到恒温生长阶段，维持该惰性气体气氛，并且在2路通入氢气至水蒸气发生器中，同时打开3路通入碳源气体，反应1min～4h。