[发明专利]碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物

摘要

本发明公开了一种碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物，是以碳纳米管冷冻干燥体作为一种连续基体参与反应，在其片层上或者片层间复合上金属氧化物，且反应后仍保持宏观和微观上的连续网络结构；所述的金属氧化物为MnO2、SnO2或者TiO2中的任意一种；本发明能够通过简易液相法及简单的调节合成参数来控制复合物的均匀分布性、形貌，具有工艺流程短、工艺稳定、反应条件温和、成本低的特点。碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、光催化等领域具有重大应用前景。

主权项

一种碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物，其特征在于，碳纳米管冷冻干燥体作为一种连续基体参与反应，是在其片层上或者片层间复合上金属氧化物，且反应后仍保持宏观和微观上的连续网络结构；所述的金属氧化物为MnO2、SnO2或者TiO2中的任意一种；该碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物可由下面的简易液相法制备而成；（1）水热合成法，适用于MnO2、SnO2或者TiO2金属氧化物与碳管冷冻干燥体的复合，具有如下步骤：a、将碳纳米管冷冻干燥体置于聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，加入所需反应溶剂；其中，碳纳米管冷冻干燥体/MnO2复合物制备过程所用溶剂为KMnO4或KMnO4与MnSO4的混合溶剂；碳纳米管冷冻干燥体/SnO2复合物制备过程所用溶剂为SnCl4和NaOH的混合液。碳纳米管冷冻干燥体/TiO2复合物制备过程所用溶剂为钛酸正丁酯；水热反应溶剂采用两种混合溶剂时，两种溶剂摩尔比为1：10～10：1，其中反应溶剂体积要求能完全浸没所取碳纳米管冷冻干燥体，金属氧化物与碳纳米管冷冻干燥体复合质量比可通过调节反应溶剂的浓度控制于0：1～8：1；b、将反应物密封于聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，置于恒温干燥箱内进行水热反应，水热温度为室温～180℃，水热时间为1h～24h，反应物所占容积比<80%；c、对于水热反应产物为金属氢氧化物者，采用进一步的锻烧处理使其转化为金属氧化物，锻烧温度200～500℃，制得碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物。（2）醇盐水解法，适用于TiO2金属氧化物与碳管冷冻干燥体的复合，具有如下步骤：a、将碳纳米管冷冻干燥体进行热处理，去除碳纳米管冷冻干燥体制备过程中所使用的添加剂；b、将碳纳米管冷冻干燥体浸渍于金属醇盐中；碳纳米管冷冻干燥体/TiO2复合物制备采用的醇盐为钛酸正丁酯。金属醇盐于碳纳米管冷冻干燥体基质上发生水解和缩聚反应，在碳纳米管冷冻干燥体片状结构间或者表面产生与构成醇盐的金属元素相应的氢氧化物沉淀；金属醇盐溶液要求能浸没所取的碳纳米管冷冻干燥体，金属氧化物与碳纳米管冷冻干燥体复合质量比可通过调节金属醇盐浓度来控制于0：1～8：1；c、反应产物经液固分离、干燥、煅烧工艺，制得碳纳米管冷冻干燥体/金属氧化物复合物。（3）液相还原法，适用于MnO2、SnO2或者TiO2金属氧化物与碳管冷冻干燥体的复合，具有如下步骤：a、将碳纳米管冷冻干燥体进行热处理，去除碳纳米管冷冻干燥体制备过程中所使用的添加剂，并将其在4mol/L～16mol/L的HNO3溶液中处理进行碳纳米管冷冻干燥体的活化；b、分别配制生成所需金属氧化物对应的氧化剂和还原剂溶液，氧化剂与还原剂的浓度比为1：10～10：1，溶液总体积要求能完全浸没所取的碳纳米管冷冻干燥体，金属氧化物与 碳纳米管冷冻干燥体复合质量比可通过调节反应溶剂的浓度控制于0：1～8：1；c、将碳纳米管冷冻干燥体先后浸渍于步骤b的氧化剂与还原剂溶液中，利用吸附于碳纳米管干燥体片层上离子间的氧化还原反应合成碳管冷冻干燥体/金属氧化物复合物。