[发明专利]一种提高碳纳米管薄膜导电性和比表面积的低成本规模化改性技术

说明书

本发明公开了一种提高碳纳米管薄膜导电性和比表面积的低成本规模化改性的技术：两步酸化处理，一步使用超纯水稀释后的稀盐酸处理，一步使用原始的浓硝酸处理。使得酸化后的碳纳米管薄膜改性，有效解决了碳纳米管薄膜表面管密度大，自身内阻大的缺点，使其三维方向伸展，表面孔径增大，同时增强表面亲水性，提高了其在水系电化学催化/能量储存等方面的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种提高碳纳米管薄膜导电性和比表面积的低成本规模化改性技术，其特征是，通过两步酸化法将浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜进行改性，改性得到的碳纳米管薄膜具有相较于改性之前具有亲水表面和更低的阻抗。

背景技术

碳纳米管由于其独特的结构，使其具有优异的机械强度、导热性及导电性。目前市面上售卖的碳纳米管薄膜种类有两种，一种是碳纳米管粉末，这种粉末需要一步酸化活化才能进行使用，活化方法已经很完善。在电化学方面，这种粉末一般用掺杂剂以提高导电性；另一种是碳纳米管薄膜，这种碳纳米管薄膜采用浮动催化化学气相沉积法方法制备。由于制备方法的原因，碳纳米管层间会有铁催化剂的存在，整体管密度特别高，导致表面疏水；同时单根管虽然具有径向完美导电性，但当多根管接触时，接触电阻相对于单根电阻来说会大很多，所以对于碳纳米管薄膜来说，整体管密度大意味着管与管之间的接触也就越多，接触电阻会相当明显，所以这种碳纳米管薄膜的电化学阻抗其实非常大。其的电化学方面应用前景并不是特别好。

本发明通过两步酸化法除去一部分铁催化剂，解决了碳纳米管薄膜表面管密度大，自身内阻大的缺点，使其三维方向伸展，表面孔径增大，同时增强表面亲水性，提高了其在水系电化学催化/能量储存等方面的应用潜力。

发明内容

本发明的目的：本发明提出一种提高碳纳米管薄膜导电性和比表面积的低成本规模化改性技术，使得改善后的碳纳米管薄膜在电化学方面的应用提高。

本发明的技术方案是：将浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜在一定浓度的稀盐酸中浸泡一段时间，完成后直接转移到一定浓度的浓硝酸中浸泡一段时间，取出后使用超纯水和乙醇超声清洗数次后冷冻干燥。

作为最佳浸泡酸液，两步酸溶液分别为稀盐酸和浓硝酸，

作为最佳浸泡浓度，它们两者各自的最佳质量浓度百分比分别为5wt.％和65-67wt.％。

作为最佳浸泡时间，使用稀盐酸浸泡时间为0.5-48h，使用浓硝酸的浸泡时间为0.5-48h。

作为最优洗涤条件，对酸化后的碳纳米管薄膜进行超纯水和乙醇超声清洗，清洗时间分别为1-6h。

本发明通过简单的两步酸处理对碳纳米管薄膜进行改性，使其内阻降低，解决了碳纳米管薄膜表面管密度大，使其三维方向伸展，去除一部分铁催化剂，并使其表面亲水性升高，提高了其在水系电化学催化/能量储存等方面的应用能力。

本发明的有益效果：

(1)本发明提出了一种提高碳纳米管薄膜导电性和比表面积的低成本规模化改性技术；

(2)这种方法两步酸化，所需时间短，可工业化大范围处理；

(3)处理后盐酸和硝酸的消耗量小，可循环多次使用；

(4)与其它方法相比，该制备方法具有以下独特优点：

①实验装置、实验条件和制备过程非常简单，容易操作；

②成本低廉，易于控制及规模化，具有良好的工业化应用前景；

③适用性强，可规模化生产。

附图说明

图1为处理前碳纳米管薄膜的(a)表面亲水性能(宏观)，(c)机械弯折性能，(d)受力性能，(e)单根透射电镜(TEM)图，处理后的碳纳米管薄膜的(b)表面亲水性能(宏观)；