CN102161000A - 一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法 - Google Patents

一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，它涉及一种制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法。本发明目的是为了解决在不加高分子修饰剂的情况下，通过液相还原法制得镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料的问题。本发明的步骤为：一、对碳纳米管进行酸化处理；二、采用液相还原法对酸化处理后的碳纳米管进行负载纳米镍粉体。本发明制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料具有不仅不含高分子修饰剂杂质，且镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的优点。本发明提供一种可制备镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料的可实施方法。

Description

一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法。
背景技术
碳纳米管具有特殊的结构和优良的电学磁学性能，自发现以来备受关注。在碳纳米管表面负载金属将会进一步改善其导电性、耐腐蚀性、润滑性等物理性能，可作为改善的导电材料，还可作为耐腐蚀、耐磨涂层、微波吸收材料等。由于碳纳米管本身具有较高的比表面积，如果金属颗粒同样具有较高的分散性，就使得这种复合材料有很高的催化活性，可应用到纳米电子仪器，燃料电池和磁性记录等方面。在现有技术中采用液相法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，都加入高分子修饰剂，采用高分子修饰剂控制镍径大小，并且镍粉体是负着在碳纳米管上，镍在碳纳米管上分散不均匀，化学性能不稳定，由于引入的高分子修饰剂极难去除，所以以往采用液相法制备碳纳米管负载纳米镍粉体的材料含有大量的杂质。
发明内容
本发明目的是为了解决在不加高分子修饰剂的情况下，通过液相还原法制得镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料的问题。
一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其步骤如下：一、对碳纳米管进行酸化处理；二、采用液相还原法对酸化处理后的碳纳米管进行负载纳米镍粉体：首先，配制NiSO4·6H2O溶液、水合肼溶液和NaOH溶液，其次，在搅拌下将水合肼溶液和NaOH溶液依次加入到NiSO4·6H2O溶液中，最后加入酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在搅拌下反应，反应完成后将产品离心洗涤，真空干燥得到黑色粉末固体，即得到镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料。
本发明的优点：1、本发明中以水合肼为还原剂，水合肼在反应过程中产生氮气能有效阻止纳米镍的氧化，同时产生的水对反应没有影响；2、被修饰过的碳纳米管在反应中既是修饰剂同时也是模板；3、碳纳米管管壁上丰富的含氧基团提供了大量与连接金属镍的结合点，同时，其有效地控制了镍纳米粒子的尺寸，并防止其团聚，所以镍在碳纳米管上分散均匀；4、碳纳米管与金属镍间为化学键连接，化学性能稳定。
附图说明
图1是通过具体实施方式二十五得到的液相法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的SEM图。
具体实施方式
具体实施方式一：本发明在不加高分子修饰剂的情况下，通过液相还原法制得镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料，其具体步骤如下：
步骤一：对碳纳米管进行酸化处理
取1g碳纳米管，加入50～200ml的浓硝酸，在50～200℃下回流搅拌1～10个小时，酸化完成后，加蒸馏水稀释洗涤至中性，20～100℃下真空干燥12～36小时；
步骤二：对酸化处理碳纳米管负载纳米镍粉体
首先，配制0.05～0.5mol/L NiSO4·6H2O溶液5～50ml，0.5～5.0mol/L水合肼溶液10～100ml，0.1～1.0mol/L NaOH溶液5～50ml；其次，在搅拌下将水合肼溶液和NaOH溶液依次加入到NiSO4·6H2O溶液中；最后加入0.1～0.5g酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在50～120℃，100～500r/min搅拌下反应0.5～5小时，反应完成后将产品离心洗涤，在20～100℃真空干燥12～36小时得黑色粉末，即得到碳纳米管负载纳米镍粉体材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中：加入70～150ml的浓硝酸，在70～170℃下回流搅拌1～10个小时，其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中：加入80～120ml的浓硝酸，在100～150℃下回流搅拌2～8个小时，其他步骤与具体实施方式一相同，其他步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一中：酸化完成后，30～70℃下真空干燥16～30小时，其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：步骤一中：酸化完成后，40～60℃下真空干燥20～28小时，其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：步骤一中：加入90～110ml的浓硝酸，在110～140℃下回流搅拌4～7个小时，酸化完成后，加蒸馏水稀释洗涤至中性，50℃下真空干燥24小时，其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤一中：加入100ml的浓硝酸，在130℃下回流搅拌6个小时，其他步骤与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中：配制0.1～0.4mol/LNiSO4·6H2O溶液5～50ml，0.75～3.75mol/L水合肼溶液10～100ml，0.15～0.75mol/L NaOH溶液5～50ml，其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八的不同点是：步骤二中：配制0.1～0.4mol/LNiSO4·6H2O溶液10～45ml，0.75～3.75mol/L水合肼溶液25～75ml，0.15～0.75mol/L NaOH溶液10～45ml，其他步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤二中：配制0.15～0.35mol/L NiSO4·6H2O溶液10～45ml，1.0～3.0mol/L水合肼溶液25～75ml，0.2～0.5mol/LNaOH溶液10～45ml，其他步骤与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中：配制0.15～0.35mol/L NiSO4·6H2O溶液15～30ml，1.0～3.0mol/L水合肼溶液30～50ml，0.2～0.5mol/LNaOH溶液15～30ml，其他步骤与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤二中：配制0.2～0.3mol/L NiSO4·6H2O溶液15～30ml，1.5～2.5mol/L水合肼溶液30～50ml，0.25～0.35mol/LNaOH溶液15～30ml，其他步骤与具体实施方式十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十二的不同点是：步骤二中：配制0.2～0.3mol/L NiSO4·6H2O溶液20ml，1.5～2.5mol/L水合肼溶液45ml，0.25～0.35mol/L NaOH溶液20ml，其他步骤与具体实施方式十二相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三的不同点是：步骤二中：配制0.25mol/L NiSO4·6H2O溶液20ml，2mol/L水合肼溶液45ml，0.3mol/L NaOH溶液20ml，其他步骤与具体实施方式十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中：加入0.15～0.4g酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在55～105℃，150～450r/min搅拌下反应1～4小时，其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施十五的不同点是：步骤二中：加入0.2～0.3g酸化处理的碳纳米管其他步骤与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十六的不同点是：步骤二中：混和溶液反应是温度为70～90℃，搅拌速度为200～350r/min，其他步骤与具体实施方式十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十七的不同点是：步骤二中：混和溶液在搅拌下反应1.5～3.5小时，其他步骤与具体实施方式十七相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十五至十八的不同点是：步骤二中：加入0.25g酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在80℃，300r/min搅拌下反应2小时，其他步骤与具体实施方式十五至十八相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中：反应完成后将产品离心洗涤，在25～85℃真空干燥16～32小时得黑色粉末，即得到碳纳米管负载纳米镍粉体材料，其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式二十的不同点是：步骤二中：真空干燥温度为35～75℃，其他步骤与具体实施方式二十相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十一的不同点是：步骤二中：真空干燥温度为40～60℃，其他步骤与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十的不同点是：步骤二中：真空干燥时间为20～28小时，其他步骤与具体实施方式二十相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十至二十三的不同点是：步骤二中：反应完成后将产品离心洗涤，在50℃真空干燥24小时得黑色粉末，即得到碳纳米管负载纳米镍粉体材料，其他步骤与具体实施方式二十至二十三相同
具体实施方式二十五：
步骤一：对碳纳米管进行酸化处理
取1g碳纳米管，加入100ml的浓硝酸，在130℃下回流搅拌6个小时，酸化完成后，加蒸馏水稀释洗涤至中性，50℃下真空干燥24小时；
步骤二：对酸化处理碳纳米管负载纳米镍粉体
首先，配制0.25mol/L NiSO4·6H2O溶液20ml，2mol/L水合肼溶液45ml，0.3mol/L NaOH溶液20ml；其次，在搅拌下将水合肼溶液和NaOH溶液依次加入到NiSO4·6H2O溶液中；最后加入0.25g酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在80℃，300r/min搅拌下反应2小时，反应完成后将产品离心洗涤，在50℃真空干燥24小时得黑色粉末，即得到镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料，如图1的SEM图所示。

Claims (10)

1.一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于：一、对碳纳米管进行酸化处理；二、采用液相还原法对酸化处理后的碳纳米管进行负载纳米镍粉体：首先，配制NiSO4·6H2O溶液、水合肼溶液和NaOH溶液，其次，在搅拌下将水合肼溶液和NaOH溶液依次加入到NiSO4·6H2O溶液中，最后加入酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在搅拌下反应，反应完成后将产品离心洗涤，真空干燥得到黑色粉末固体，即得到镍在碳纳米管上分散均匀、化学性能稳定的碳纳米管负载纳米镍粉体材料。
2.根据权利要求1所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤一中酸化条件是加入90～110ml的浓硝酸，在110～140℃下回流搅拌4～7个小时，真空干燥条件是，在50℃下真空干燥24小时。
3.根据权利要求2所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤一中酸化条件是加入100ml的浓硝酸，在130℃下回流搅拌6个小时。
4.根据权利要求1所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中配制0.2～0.3mol/L NiSO4·6H2O溶液15～30ml，1.5～2.5mol/L水合肼溶液30～50ml，0.25～0.35mol/LNaOH溶液15～30ml。
5.根据权利要求4所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中配制0.25mol/L NiSO4·6H2O溶液20ml，2mol/L水合肼溶液45ml，0.3mol/LNaOH溶液20ml。
6.根据权利要求1所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中加入0.2～0.3g酸化处理的碳纳米管。
7.根据权利要求6所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中混和溶液反应是温度为70～90℃，搅拌速度为200～350r/min，反应时间1.5～3.5小时。
8.根据权利要求6或7所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中加入0.25g酸化处理的碳纳米管，将混和溶液在80℃，300r/min搅拌下反应2小时。
9.根据权利要求1所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中真空干燥温度为40～60℃，真空干燥时间为20～28小时。
10.根据权利要求9所述一种液相还原法制备碳纳米管负载纳米镍粉体材料的方法，其特征在于步骤二中真空干燥温度为50℃，真空干燥时间为24小时。
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