[发明专利]一种在泡沫陶瓷表面合成碳纳米管的可控方法及其应用

说明书

本发明属先进碳材料制备技术领域，公开了一种在泡沫陶瓷表面合成碳纳米管的可控方法及其应用，该方法将泡沫陶瓷与混合溶液在100～180℃水热反应，将所得水热改性的泡沫陶瓷加热至400～700℃煅烧氧化，然后通入氢气，加热至500～700℃进行还原反应，制得镍铁双金属改性的泡沫陶瓷；通入保护气氛升温至500～800℃，通入烷烃碳氢化合物和干燥空气进行部分氧化重整反应，即在泡沫陶瓷表面上制得碳纳米管。本发明方法简单、成本低廉、适合批量生产，能在泡沫陶瓷表面制备出直径、长度、形状可控的碳纳米管，该复合材料结构稳定、力学性能优良、传热导电性能好，应用市场广阔。

技术领域

本发明属于先进碳材料制备技术领域，更具体地，涉及一种在泡沫陶瓷表面合成碳纳米管的可控方法及其应用。

背景技术

碳纳米管是一种新型的一维碳纳米材料，1991年被日本电子公司(NEC)的饭岛博士发现。碳纳米管具有优异的力学性能、导电导热性能和吸附性能。由于碳纳米管的优异特性，因此可望其在纳米电子学、材料科学、生物学、化学等领域中发挥重要作用。目前主要应用于光学传感器，热传感器，催化剂，过滤器等方面。开发新的方法可控的合成碳纳米管对碳纳米管的发展具有重大意义。

目前，制备碳纳米管的方法有电弧放电法、催化裂解法、激光烧蚀法和聚合物反应合成等。其中，电弧放电法是利用两石墨棒电极之间的电弧效应，使阳极石墨棒被消耗，同时在阴极上沉积含有炭纳米管的产物。这种方法电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有较多的杂质。激光烧蚀法是在氩气气流中，用双脉冲激光蒸发含有Fe/Ni的碳靶方法制备出直径分布范围在0.81～1.51nm的单壁碳纳米管的一种方法，该法制备的碳纳米管纯度高，但其设备复杂、能耗大、投资成本高。

专利(CN106517148B)以酯类有机化合物为碳源，与水和氧气在催化剂作用下自热重整合成碳纳米管，根据催化剂种类的不同，制得的碳纳米管长度在100～500nm，直径在7～30nm不等。专利(CN101559939B)以乙炔和乙烯等为碳源，在抛光铜基底上制备出直径5～20nm的碳纳米管。当碳纳米管应用于催化剂，过滤器等方面时，因为催化剂材料要求有大的比表面积，优良的热传导效率；过滤器也需要大的比表面积，优异的吸附性和耐酸碱腐蚀抗性，对于这些应用，多孔的泡沫陶瓷为最佳的基底材料。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种在泡沫陶瓷表面可控合成碳纳米管的方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的碳纳米管/泡沫陶瓷复合材料。

本发明的再一目的在于提供上述碳纳米管/泡沫陶瓷复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种在泡沫陶瓷表面合成碳纳米管的可控方法，包括如下具体步骤：

S1.将六水硝酸镍、九水硝酸铁、氟化铵、尿素溶于去离子水中搅拌，得到混合溶液；

S2.将泡沫陶瓷与混合溶液混合，在100～180℃进行水热反应，然后进行洗涤、干燥处理，制得水热改性的泡沫陶瓷；

S3.通入干燥空气，将水热改性的泡沫陶瓷加热至400～700℃煅烧氧化，然后通入保护气氛吹扫，再通入氢气，加热至500～700℃进行还原反应，制得镍铁双金属改性的泡沫陶瓷；

S4.在保护气氛中，升温至500～800℃，通入烷烃碳氢化合物和干燥空气进行部分氧化重整反应，降温至室温，即在泡沫陶瓷表面合成碳纳米管。

优选地，步骤S1中所述六水硝酸镍、九水硝酸铁、氟化铵和尿素的摩尔比为(1～3)：(1～2)：(10～15)：(20～30)。

优选地，步骤S1中所述六水硝酸镍、九水硝酸铁、氟化铵和尿素的总量与去离子水的摩尔比为(3～6)：(300～400)。