[发明专利]一种碳纳米管/铜锌合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/铜锌合金复合材料及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域，碳纳米管/铜锌合金复合材料由基体碳纳米管，及负载于其表面的铜锌合金纳米颗粒组成，制备过程为：首先对CNT进行纯化、敏化、活化处理，然后在CNT上负载Cu纳米颗粒，再利用氯化锌镀Zn，最后进行合金化，得到碳纳米管/铜锌合金复合材料。本发明使用CNTs对纳米铜锌合金进行负载，一方面可以发挥强酸处理后CNTs较大的比表面积、较强的化学吸附、管上金属元素均匀分散以及高的热稳定性的优点；另一方面CNTs作为铜锌纳米颗粒的载体，起到隔离分散铜锌纳米颗粒的特性，铜锌纳米颗粒彼此的距离增加，提高了铜锌纳米颗粒的抗烧结性，解决了纳米铜锌合金团聚问题。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管/铜锌合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

铜锌合金在催化和净水等应用中快速扩展，纳米铜锌颗粒在甲醇催化、环己烷催化、储能转换和纳米电子等领域的应用已成为研究热点，同时性能较为优异的净水材料KDF(Kinetic Degradation Flux)就是由高纯度铜和锌制成的合金，传统KDF材料存在着吸附能力不强，单独使用的效果不佳，比表面积小、容易团聚及抗烧结性能较差。

目前，铜锌合金纳米颗粒的制备方法主要包括浸渍法、爆炸法，其成本较高，制备得到的铜锌合金层纯度不高，镀层不均匀，尤其是铜的精炼水平达不到工艺要求，在实际使用过程中，铜会和水中的氧化性物质发生反应，影响催化剂的稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纯度高、镀覆均匀、比表面积大、抗烧结性能优异和成本低廉的碳纳米管/铜锌合金复合材料及其制备方法和应用。

本发明提供一种碳纳米管/铜锌合金复合材料，由基体碳纳米管，及负载于其表面的铜锌合金纳米颗粒组成，所述碳纳米管/铜锌合金复合材料由以下组分按重量百分比组成：碳纳米管5～10wt％，铜25～65wt％，锌25～65wt％。

优选的，所述碳纳米管的长度为300～1000nm，直径为20～25nm，所述铜锌合金纳米颗粒的粒径为10～200nm。

进一步，所述铜锌合金由铜镀层和锌镀层经合金化处理得到，铜锌合金纳米颗粒的粒径为20～50nm。

本发明还提供一种碳纳米管/铜锌合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸处理：将CNTs(碳纳米管)放入浓硫酸和浓硝酸的混合液中超声处理，清洗干净后得到酸处理的CNTs；

(2)敏化处理：取氯化亚锡溶解于浓盐酸，稀释后得到敏化液，将步骤(1)所得酸处理的CNTs加到敏化液中超声处理，清洗干净后得到敏化处理的CNTs；

(3)活化处理：取氯化钯溶解于浓盐酸，稀释后得到活化液，将步骤(2)所得敏化处理的CNTs加入到活化液中超声处理，清洗干净后得到活化处理的CNTs；

(4)表面镀铜：将步骤(3)所得活化处理的CNTs加入到镀铜溶液中，加入联吡啶和PVP，控制超震频率和温度，待温度稳定后，加入乙醛酸作为还原剂，调节PH，根据溶液颜色变化和气泡产生时间确定反应进程，待出现气泡一定时间后，将CNTs取出，抽滤清洗干净后得到镀铜的CNTs；

(5)表面镀锌：将步骤(4)所得镀铜的CNTs加入到锌镀液中，升温至沸腾，反应预定时间后将CNTs取出，清洗干净后得到镀覆铜锌的CNTs；

(6)合金化处理：将步骤(5)所得镀覆铜锌的CNTs加入到异丙醇溶液中，加热至预定温度，使得铜锌镀层合金化，经过洗涤得到所述碳纳米管/铜锌合金复合材料。

优选的，所述步骤(1)中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为(2～4)：1。