[发明专利]氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维复合材料的制备及其应用

摘要

一种氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维复合材料的制备及其应用，首先结合电纺和热处理技术，制得负载金属纳米粒子的碳纳米纤维复合材料；以碳纳米纤维复合材料为碳基底，利用化学气相沉积技术，以吡啶等含氮有机物为氮源和碳源在其碳基底上生长氮掺杂碳纳米管阵列。基于该三维氮掺杂碳纳米管纳米结构大的比表面积、良好的导电性和生物相容性等优点，复合材料可直接用作电极材料用以葡萄糖氧化酶的高负载量、高活性负载，构建高灵敏度的葡萄糖氧化酶电极。

主权项

一种氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征是：A、将5～10 wt.%的聚丙烯腈与5～12 wt.%乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴或乙酰丙酮镍溶解于无水二甲基甲酰胺溶剂中；B、将上述混合溶液进行电纺处理0.5～2 h，电纺的电场强度为50～80 kV/m，电纺装置中的喷丝头和收集板的间距为20～40 cm，得到含铁、钴或镍前体的聚丙烯腈复合纤维膜，再将所得到的复合纤维膜放入炉管中，经200‑300 ℃退火处理2‑5 h，得到氧化复合纤维；C、将上述氧化复合纤维在氩气氛中以4～6 ℃/min的速度升到750～950 ℃并保持1 h，得到负载铁、钴或镍纳米粒子的碳纳米纤维复合材料；D、以上述碳纳米纤维复合材料为碳基底，调节氩气的流量为100～250 sccm，再充入氢气并调节其流量为30～100 sccm，注射吡啶、乙二胺或二乙胺为氮源和碳源，注射时间10‑60 min，反应结束后，在氩气氛中降至室温, 得到三维氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维复合材料；E、所述三维氮掺杂碳纳米管以“准阵列”形式分布在碳纳米纤维的表面，氮掺杂碳纳米管的形状是管状，其直径为20‑80纳米，长度为3‑10微米。