[发明专利]一种溶液燃烧制备碳纳米管的方法

说明书

本发明涉及一种溶液燃烧制备碳纳米管的方法，采用在基底上点燃乙酰丙酮铁等前驱体的溶液的方法来制备碳纳米管：在基底上充分浸润乙酰丙酮铁等前驱体的溶液，点燃后燃烧，体系温度升高，乙酰丙酮铁等前驱体分解成金属纳米粒子和有机小分子碳源，金属纳米粒子催化有机小分子碳源生成碳纳米管。该方法制备碳纳米管工艺简单，操作方便，不需要额外的设备，对环境的污染小，可实现宏量制备。制备的碳纳米管可用于光热转化，超级电容器，锂离子电池，吸波和电磁屏蔽等。

技术领域

本发明属于材料制备的技术领域，涉及燃烧法制备碳纳米管的方法，尤其是一种溶液燃烧制备碳纳米管的方法。

背景技术

碳是地球上最丰富的元素之一，长期以来人们认为碳的单质只有石墨和金刚石，直到 1985 年 Smalley等在研究星际间碳尘的过程中，发现了富勒烯——C₆₀的存在，并用烟火法在实验室成功制得了C₆₀，C₆₀的发现将人们带入一个全新而丰富的碳元素的世界，碳纳米管、碳微米管和石墨烯等多种碳结构逐渐进入人们的视线，碳纳米管作为 C₆₀制备的副产物，较早被人们发现。

碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp²化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面。

目前，碳纳米管主要采用以下几种方法来制备电弧法，石墨激光蒸发法，含碳化合物的催化裂解法，凝聚相电解生成法，等离子喷射沉积法，微波法等。但是,这些方法存在一定的缺陷，如对设备的要求较高，能耗较大，碳源的利用率较小，制备工艺较为复杂，同时，这些合成方法需要严苛的实验条件，比如惰性气体保护，高温高压等，大大提高了合成过程的中的危险性。

发明内容

为了解决现有技术中提到的上述问题，本发明提供了一种简单易行，快速高效制备碳纳米管的方法，扩展了制备碳纳米管的途径。该方法制备碳纳米管制备简单，操作方便，不需要额外的设备，对环境的污染小，可实现宏量制备。

本发明采用如下技术方案，一种溶液燃烧制备碳纳米管的方法，将前驱体溶解在溶剂中，经超声搅拌形成稳定的溶液，将基底浸泡于溶液中取出或将溶液铺展在基底上，点燃，燃烧完毕得到碳纳米管。

在本发明的优选的实施方案中，所述的方法具体包括以下步骤：

步骤1：预处理——任选的对基底进行清洗和烘干；

步骤2：浸润——将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底；

步骤3：点火——基底靠近打火机火焰点燃；

步骤4：成品——燃烧完毕，即得目标产物。

在本发明的优选的实施方案中，所述的前驱体选自乙酰丙酮类金属盐或二茂金属盐；优选的，所述的乙酰丙酮类金属盐选自乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴中的一种或多种，所述的二茂金属盐选自二茂镍、二茂钴中的一种或多种；所述的前驱体溶液的浓度为1-90 mg/mL，优选 10-30 mg/mL。

在本发明的优选的实施方案中，所述溶剂选自乙醇、甲醇、叔丁醇中的一种或几种。

在本发明的优选的实施方案中，所述的基底为泡沫状基底、块状或片状平面基底、或纤维束或纤维布基底；优选的，所述的泡沫状基底为镍泡沫、铜泡沫、铁/镍泡沫或其他金属/合金泡沫或陶瓷泡沫；所述的块状或片状平面基底为铝箔、铜箔、钛等金属片，陶瓷片或玻璃；所述的纤维束基底或纤维布基底所用纤维为金属纤维或玻璃、陶瓷、碳等纤维。

在本发明的优选的实施方案中，所述的点燃包括火柴、打火机、酒精灯等方式点燃，也可通过其他各种常用点燃方法。