[发明专利]一种氟化竹节状碳纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种氟化竹节状碳纳米管的制备方法，包括：将过渡金属盐溶液加入2‑甲基咪唑溶液中，搅拌均匀，离心收集紫色沉淀物，洗涤、干燥后得到固体粉末A；将氨基化合物加入到所述的过渡金属盐溶液中，形成混合溶液，加热、搅拌，再加入固体粉末A，干燥后得到固体粉末B；将固体粉末B和含氟聚合物粉末混合、研磨，在氮气气氛下煅烧，冷却至室温得到氟化竹节状碳纳米管。本发明还公开了上述方法制备的氟化竹节状碳纳米管，碳纳米管的直径尺寸为50‑200nm，管壁小于10个碳层。本发明还公开了上述氟化竹节状碳纳米管在制备复合储氢材料中的应用。本发明公开的氟化竹节状碳纳米管具有较高的催化储氢和循环稳定性的能力。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种氟化竹节状碳纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管是由碳原子组成的一种新型的碳纳米材料，其独特的一维结构，高石墨化程度以及优异的电学和力学性能引起科研人员的广泛兴趣，尤其是在电化学能源存储和转换领域被认为具有广阔的应用前景。

碳纳米管作为一种一维材料，直径是碳纳米管的一项重要结构参数，并有研究表明，随着改变碳纳米管的直径可以显著影响其电化学性能。其具有导电性好、化学稳定性高、质量密度低、大比表面积和极大纵横比等优点，常用作于催化剂或催化剂载体。

目前常用的碳纳米管合成方法是电弧放电法，激光消融法，化学气相沉积法等，不仅仪器昂贵，而且有时采用氢气作为反应气氛，有一定的危险性。上述方法制备的碳纳米管主要是多壁碳纳米管，厚度一般大于30个碳层，比表面积较小，催化性能较差。

基于碳纳米管的复合杂化结构具有多种优异的性能，因此在许多领域获得了广泛应用，如使用碳纳米管负载各种金属催化剂颗粒形成复合杂化结构可以提高催化剂颗粒的分散性而使其具有较高的催化活性。多种金属颗粒如Pd、Au、Co和Fe等具有独特的光电磁特性和催化效果，在碳纳米管表面修饰上这些颗粒并将其特性与碳纳米管的特性相结合获得的复合杂化结构，在电化学及催化领域具有重要的应用价值。

公开号为CN110182759A的中国专利说明书公开了一种竹节状碳纳米管负载MgH₂纳米颗粒复合储氢材料的制备方法，包括:(1)、将竹节状碳纳米管与二丁基镁的庚烷溶液混合，在惰性气氛保护蒸干；(2)、将得到的样品在氢气和180～200℃温度下反应，得到竹节状碳纳米管负载MgH₂纳米颗粒复合体系；(3)、将竹节状碳纳米管负载MgH₂纳米颗粒复合体系施加高压强，得到具有高储氢密度的竹节状碳纳米管负载MgH₂纳米颗粒复合储氢材料。上述发明专利公开的竹节状碳纳米管作为MgH₂限域载体，具有较高的复合材料负载率及储氢性能，但循环稳定性较差。

发明内容

本发明提供一种氟化竹节状碳纳米管的制备方法，制得的氟化竹节状碳纳米管具有优良的吸/放氢催化性能以及较高的循环稳定性。

一种氟化竹节状碳纳米管的制备方法，包括：

(1)分别将过渡金属盐和2-甲基咪唑溶于溶剂中，得到过渡金属盐溶液和2-甲基咪唑溶液，将过渡金属盐溶液滴入2-甲基咪唑溶液，在搅拌下反应，反应结束后离心收集沉淀物，经洗涤、干燥后得到固体粉末A；

(2)将氨基化合物加入到所述的过渡金属盐溶液中，形成混合溶液，加热、搅拌，再加入固体粉末A，反应产物干燥后得到固体粉末B；

(3)将固体粉末B和含氟聚合物粉末混合、研磨，在氮气气氛下煅烧，冷却至室温得到氟化竹节状碳纳米管。

过渡金属盐与2-甲基咪唑反应得到金属有机骨架为碳纳米管提供碳源的同时直接控制碳纳米管的直径，加入双氰胺，使得碳纳米管原位掺杂大量的N，为形成直径分布均匀的竹节状形貌的碳纳米管提供条件。