CN100368343C - 金属氧化物包覆碳纳米管材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属氧化物纳米管包覆碳纳米管的材料，属于无机纳米材料制备工艺技术领域。本发明利用溶剂热，将碳纳米管均匀的分散在硝酸盐吡啶溶液中，通过溶剂热，使金属氧化物纳米管包覆在碳纳米管的表面；得到均一的、结构稳定的金属氧化物纳米管包覆碳纳米管的材料。本发明成本低，工艺简单，条件易控，同时为其它类型的无机物与纳米管复合物的制备提供了一种借鉴方法，其所得产品在电学、光学、催化等领域拥有潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及了一种金属氧化物包覆碳纳米管材料的方法，属于无机纳米材料制备工艺技术领域。
背景技术
近年来无机纳米材材料，凭借着其比表面积大，熔点低等不同于宏观材料的特殊性质，受到许多专家的关注。在此之中，碳纳米管自从被发现以来，以其独特的准一维分子结构，良好的电学、机械性能，迅速成为物理、化学及材料学的研究热点之一。以它为载体负载无机物分子，不仅在一维尺度上保证了无机物的纳米特性，同时又在此基础上加入了碳纳米管的性质。这种复合材料在催化、传感器、分子器件等领域均有重大应用。
但由于碳纳米管的可溶性差，易聚合等不利因素，使得均匀的在单根碳纳米管上包覆无机物分子非常困难。美国专利2006142149采用电喷法制备出了Pt负载的碳纳米管，但其所用的步骤较为繁琐，实验过程较长。中国专利CN1594212共开了一种无定形二氧化锰/多壁碳纳米管复合物，其中碳纳米管的直径是20-40纳米，长度是200纳米-5微米，无定形二氧化锰负载在碳纳米管表面形成复合物，但二氧化锰不能很均匀的复合在碳管上，形貌与混合类似。中国专利CN1669642提供了一种制备具有光催化活性的碳纳米管/氧化锌复合粉体的方法，虽然其不改变碳纳米管的结构，但其复合物粉体的产量较小。中国专利CN1709793提出了一种用回流法复合氧化铽与碳纳米管的工艺，由于回流反应很剧烈，使得复合碳纳米管的氧化铽的形态不均一，材料性能不稳定。
目前，文献报导中对无机物包覆碳纳米管材料的制备主要使用超临界法(YunQiLiu et al.Adv.Mater.2004，16：350-352，Chien M.Wai et al.Langmuir，2005，21：11474-11479，Zhimin Liu et al.2006，110：13410-13414)和化学吸附法(Hong-ZhengChen et al.Adv.Mater.2003，11：909-913，Zhaokun Luan et al.Materials Letters，2005，59：399-403)。前者要求的条件比较苛刻，合成的压力大于9MPa，产量在几十毫克左右，难以大量制备；后者工艺不稳定，合成的偶然性较大，包复的均一性较差，导致复合材料的性质不稳定。
发明内容
本发明的目的在于是提供一种金属氧化物包覆碳纳米管的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种金属氧化物包覆碳纳米管的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
a.用浓硝酸对碳纳米管进行纯化处理；
b.金属氧化物包覆碳纳米管：将硝酸盐溶解在吡啶中配制成浓度为0.03～0.3mol/L的溶液，再按硝酸盐与碳纳米管的摩尔比为1∶1～8的比例，将步骤a中的碳纳米管加入到硝酸盐的吡啶溶液中，超声40～120min；然后在160～180℃温度下，水热1～3天，离心分离，产物用去离子水洗涤至pH为7，烘干，即得到金属氧化物包覆碳纳米管材料；所述的硝酸盐为稀土金属的硝酸盐。所述的碳纳米管为单壁或多壁纳米管。
所述的稀土金属硝酸盐为：硝酸钇、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钷、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱或硝酸镥。
本发明制备的金属氧化物包覆碳纳米管材料，其包覆层在20-40nm，且包覆层光滑，厚度均一可控，可为稀土金属氧化物纳米管的合成提供前驱体。同时其复合材料催化氧化C0温度比商品稀土金属氧化物低20-50℃，同等条件下的催化效率提高1-2倍；发关光强度比商品稀土金属氧化物高1.5-2倍。
与现有技术相比，本发明的金属氧化物包覆碳纳米管材料的方法，具有工艺简单且稳定、操作方便，结构易控等特点。为其它类型的无机物与碳纳米管复合材料的制备提供了借鉴。
具体实施方式
碳纳米管的纯化方法：将0.2g碳纳米管加入到100mL的65％的浓硝酸中，在120℃回流12h，冷却后弃去上层清夜，加入去离子水稀释，抽虑，洗涤至中性，60℃干燥得到分散的碳纳米管。
实施例一：在搅拌的情况下，将2mmol的硝酸铈溶解在40mL吡啶中，再将0.04g纯化后的碳纳米管加入到此溶液中超声40-120min，转移至50mL水热釜中，在180℃水热24h，产物离心，用去离子水洗涤至中性(pH为7)，在60℃烘干，即得到氧化铈纳米管包覆碳纳米管的材料，复合材料的颜色为灰色，增重约为400％。
实施例二：将1.2mmol的硝酸铕溶解在40mL吡啶中，再将0.08g纯化后的碳纳米管加入到此溶液中超声40-120min，转移至50mL水热釜中，在160℃水热72h，产物离心，用去离子水洗涤至中性(pH为7)，在60℃烘干，即得到氧化铕纳米管包覆碳纳米管的材料，复合材料的颜色为土黄色，增重约为500％。
实施例三：在搅拌的情况下，将4mmol的硝酸钇溶解在40mL吡啶中，再将0.16g纯化后的碳纳米管加入到此溶液中超声40-120min，转移至50mL水热釜中，在170℃水热36h，产物离心，用去离子水洗涤至中性(pH为7)，在60℃烘干，即得到氧化锡纳米管包覆碳纳米管的材料，复合材料的颜色为灰色，增重约为300％。
实施例四：将1.2mmol的硝酸铽溶解在40mL吡啶中，再将0.04g纯化后的碳纳米管加入到此溶液中超声40-120min，转移至50mL水热釜中，在180℃水热48h，产物离心，用去离子水洗涤至中性(pH为7)，在60℃烘干，即得到氧化铕纳米管包覆碳纳米管的材料，复合材料的颜色为灰色，增重约为400％。
实施例五：将2mmol的硝酸铒溶解在40mL吡啶中，再将0.06g纯化后的碳纳米管加入到此溶液中超声40-120min，转移至50mL水热釜中，在160℃水热72h，产物离心，用去离子水洗涤至中性(pH为7)，在60℃烘干，即得到氧化铕纳米管包覆碳纳米管的材料，复合材料的颜色为灰色，增重约为500％。
Claims (3)
1.一种金属氧化物包覆碳纳米管的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
a.用浓硝酸对碳纳米管进行纯化处理；
b.金属氧化物包覆碳纳米管：将硝酸盐溶解在吡啶中配制成浓度为0.03～0.3mol/L的溶液，再按硝酸盐与碳纳米管的摩尔比为1∶1～8的比例，将步骤a中的碳纳米管加入到硝酸盐的吡啶溶液中，超声40～120min；然后在160～180℃温度下，水热1～3天，离心分离，产物用去离子水洗涤至pH为7，烘干，即得到金属氧化物包覆碳纳米管材料；所述的硝酸盐为稀土金属的硝酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物包覆碳纳米管的方法，其特征在于所述的碳纳米管为单壁或多壁纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种金属氧化物包覆碳纳米管的方法，其特征在于所述的稀土金属硝酸盐为：硝酸钇、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钷、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱或硝酸镥。
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