[发明专利]一种碳纳米管限域金属纳米线材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管限域金属纳米线及其制备方法和应用。本发明提供一种碳纳米管限域金属纳米线材料的制备方法：将碳纳米管和有机金属源混合，得到混合料；所述碳纳米管两端开口；所述有机金属源包括有机钯金属源和/或有机钼金属源；在真空环境中，将所述混合料进行预热处理，得到前驱体材料，所述前驱体材料包括碳纳米管和填充在所述碳纳米管腔内的有机金属源；所述预热处理的温度≥所述金属源的升华温度；在保护气体中，将所述前驱体材料进行煅烧处理，得到所述碳纳米管限域金属纳米线材料。本发明提供的制备方法能够实现有机金属源充分填充碳纳米管，得到的碳纳米管限域金属纳米线材料电化学性能好，且材料稳定性好。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管限域金属纳米线材料及其制备方法和应用。

背景技术

一维(1D)纳米材料由于其独特的电学、磁学等性质吸引了众多的学者关注。1D纳米材料往往有不同于其正常形态的特殊性质，比如有文献报道过1D的硫链表现出金属性质，而众所周知硫是绝缘的。由于1D结构具有大的比表面积，可以暴露更多的活性位点，因此可以被广泛应用于催化或电池领域。

然而，1D纳米线材料在没有外力作用来维持其各向异性生长时，会自发的团聚导致不能生长成一维形态；同时，1D纳米线材料在催化或电池环境中使用时容易被电解液腐蚀而逐渐失去催化活性，使得1D纳米线材料不能被广泛的运用和充分的发展。

碳纳米管中填充各种材料形成1D结构，引起了人们普遍的关注，通过填充碳纳米管的一维空腔，不仅可有效调控碳纳米管的电性、磁性、热传导性、光学及力学性能，同时也为开发一维纳米线材料提供了有效途径。这种碳纳米管包裹着的一维纳米线材料由于有碳外壳的保护而具有稳定性高的特点。

碳纳米管限域生长1D金属纳米线材料的制备方法主要有固相熔融法、液相湿化学法、电弧放电法或催化热解法。依据不同的填充机理，纳米管填充方法可以分两大类：第一类是将熔化的金属通过毛细管作用或者金属氧化物通过湿化学法填充到两端开口的碳纳米管中，比如固相熔融法、液相湿化学法；第二类是原位填充方法，碳纳米管的填充过程和生长过程同步进行，即直接制备碳纳米管包裹金属或金属复合材料，比如电弧放电法、催化热解法。

但上述方法不仅操作复杂，且碳纳米管的填充效率低，缺陷多，生长的1D材料单一且无法合成超细纳米线，从而制约了其潜在的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳纳米管限域金属纳米线材料及其制备方法和应用。本发明提供的碳纳米管限域金属纳米线应用于氧还原催化反应或碱金属空气电池表现出高活性和高稳定性的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纳米管限域金属纳米线材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳纳米管和有机金属源混合，得到混合料；所述碳纳米管两端开口；所述有机金属源包括有机钯金属源和/或有机钼金属源；

在真空环境中，将所述混合料进行预热处理，得到前驱体材料，所述前驱体材料包括碳纳米管和填充在所述碳纳米管腔内的有机金属源；所述预热处理的温度≥所述金属源的升华温度；

在保护气体中，将所述前驱体材料进行煅烧处理，得到所述碳纳米管限域金属纳米线材料。

优选的，所述有机金属源包括有机钯金属源和有机钼金属源时，所述有机钼金属源和有机钯金属源的质量比为(2～9):(6～9)。

优选的，所述碳纳米管和有机金属源的质量比为1:(1.6～3.6)。

优选的，所述预热处理的保温温度为150～160℃，所述预热处理的保温时间为2.5～4天。