CN102990080B - 一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法 - Google Patents

一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法 Download PDF

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Abstract

一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，它涉及制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，本发明要解决现有碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的制备方法存在工艺复杂、成本高和纳米颗粒尺寸难控制的问题。本发明中一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法按以下步骤完成：一、将NiSO4·6H2O溶液与CuSO4·5H2O溶液混合得混合溶液A；二、将酸化处理后的碳纳米管加入到溶液A，得混合溶液B；三、将NaOH溶液与水合肼溶液混合得混合溶液C；四、混合溶液B与混合溶液C混合，经微波处理后得初提液D；五、初提液D经过滤、淋洗和干燥得到碳纳米管负载纳米铜镍固溶体粉末。本发明适用于纳米工程技术领域。

Description

一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法
技术领域
本发明涉及制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法。
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。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。目前纳米铜镍合金/碳纳米管复合粉体的制备方法存在工艺复杂、成本高和纳米颗粒尺寸难控制的问题。微波法在简单易控的条件下即可制得纳米铜镍固溶体/碳纳米管复合粉体，其中纳米铜镍固溶体尺寸可控，分散均匀。
发明内容：
本发明是要解决现有碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的制备方法存在工艺复杂、成本高和纳米颗粒尺寸难控制的问题，而提出一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法。
本发明中的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法按以下步骤进行：
一、将0.05mol/L~0.5mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.05mol/L~0.5mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:(1~10)的比例混合均匀，超声处理1h~2h，得混合溶液A；
二、将酸化处理后的碳纳米管加入到溶液A，得混合溶液B，超声1h~2h，其中，酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为（1g~3g）:0.1mol。
三、将0.05mol/L~0.5mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85%的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀，得混合溶液C；
四、将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为（5~10）:1的比例混合均匀，然后放入微波炉中反应5min~50min，在温度为20℃~24℃条件下，冷却1h~2h，得初提液D；
五、将步骤四得到的初提液D经过滤、淋洗和干燥过程得到碳纳米管负载纳米铜镍固溶体粉末。
本发明包括以下优点：
1、本发明在碱性条件下，以水合肼为还原剂，在还原铜、镍离子的同时产生大量氮气，能有效阻止纳米铜镍固溶体的氧化，并且反应后的副产物为水，不影响反应。
2、本发明中经过酸化的碳纳米管在反应中既是分散剂又是模板，在管壁和管口上有丰富的含氧基团，为纳米铜镍合金提供了大量的结合点，同时，其有效地控制了铜镍纳米粒子的尺寸，并防止其团聚。
3、本发明不用表面活性剂，而且能有效控制纳米铜镍固溶体的尺寸，制备的碳纳米管负载纳米铜镍固溶体不但电性能较铜镍合金优越，而且克服了单质铜不易储存易氧化的缺点。
4、本发明的制备方法工艺简单，成本低，反应时间短，纳米铜镍固溶体颗粒易控制。
5、本发明制备的复合材料的XRD谱图含有铜和碳的衍射峰，没有镍的衍射峰，但XPS中有镍峰，说明其复合材料为碳纳米管负载纳米铜镍固溶体。
附图说明
图1是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的扫描电镜图；图2是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的XRD图；图3是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的XPS图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
一、将0.05mol/L~0.5mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.05mol/L~0.5mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:(1~10)的比例混合均匀，超声处理1h~2h，得混合溶液A；
二、将酸化处理后的碳纳米管加入到溶液A，得混合溶液B，超声1h~2h，其中，酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为（1g~3g）:0.1mol。
三、将0.05mol/L~0.5mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85%的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀，得混合溶液C；
四、将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为（5~10）:1的比例混合均匀，然后放入微波炉中反应5min~50min，在温度为20℃~24℃条件下，冷却1h~2h，得初提液D；
五、将步骤四得到的初提液D经过滤、淋洗和干燥过程得到碳纳米管负载纳米铜镍固溶体粉末。
本发明包括以下优点：
1、本发明在碱性条件下，以水合肼为还原剂，在还原铜、镍离子的同时产生大量氮气，能有效阻止纳米铜镍固溶体的氧化，并且反应后的副产物为水，不影响反应。
2、本发明中经过酸化的碳纳米管在反应中既是分散剂又是模板，在管壁和管口上有丰富的含氧基团，为纳米铜镍合金提供了大量的结合点，同时，其有效地控制了铜镍纳米粒子的尺寸，并防止其团聚。
3、本发明不用表面活性剂，而且能有效控制纳米铜镍固溶体的尺寸，制备的碳纳米管负载纳米铜镍固溶体不但电性能较铜镍合金优越，而且克服了单质铜不易储存易氧化的缺点。
4、本发明的制备方法工艺简单，成本低，反应时间短，纳米铜镍固溶体颗粒易控制。
5、本发明制备的复合材料的XRD谱图含有铜和碳的衍射峰，没有镍的衍射峰，但XPS中有镍峰，说明其复合材料为碳纳米管负载纳米铜镍固溶体。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将0.1mol/L~0.3mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.1mol/L~0.4mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:(2~8)的比例混合均匀。其它步骤及参数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一不同的是步骤一中将0.2mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.25mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:5的比例混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为（1.5g~2.5g）:0.1mol。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为2g:0.1mol。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中将0.15mol/L~0.35mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85%的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中将0.25mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85%的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为（6~8）:1的比例混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为7:1的比例混合均匀。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤四中放入微波炉中反应10min~40min，在温度为21℃~23℃条件下，冷却1.2h~1.8h。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
为了验证本发明的有益效果，进行了以下实验：
实验一：一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法按以下步骤进行：
一、将0.2mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.25mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:5的比例混合均匀，超声处理1.5h，得混合溶液A；
二、将酸化处理后的碳纳米管加入到溶液A，得混合溶液B，超声1.5h，其中，酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为2g:0.1mol。
三、将0.25mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85%的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀，得混合溶液C；
四、将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为7:1的比例混合均匀，然后放入微波炉中反应30min，在温度为22℃条件下，冷却1.5h，得初提液B；
五、将步骤四得到的初提液B经过滤、淋洗和干燥过程得到碳纳米管负载纳米铜镍固溶体粉末。
图1是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的扫描电镜图，由图中可以看出纳米铜镍固溶体均匀地负载于碳纳米管上，有效地控制了铜镍纳米粒子的尺寸，没有发生团聚。图2是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的XRD图；图3是实验一中微波法制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的XPS图。图2中XRD谱图含有铜和碳的衍射峰，没有镍的衍射峰，但图3中XPS中有镍峰，说明其复合材料为碳纳米管负载纳米铜镍固溶体。

Claims (10)

1.一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于它按以下步骤进行：
一、将0.05mol/L～0.5mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.05mol/L～0.5mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:(1～10)的比例混合均匀，超声处理1h～2h，得混合溶液A；
二、将酸化处理后的碳纳米管加入到溶液A，得混合溶液B，超声1h～2h，其中，酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为(1g～3g):0.1mol；
三、将0.05mol/L～0.5mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85％的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀，得混合溶液C；
四、将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为(5～10):1的比例混合均匀，然后放入微波炉中反应5min～50min，在温度为20℃～24℃条件下，冷却1h～2h，得初提液B；
五、将步骤四得到的初提液B经过滤、淋洗和干燥过程得到碳纳米管负载纳米铜镍固溶体粉末。
2.如权利要求1所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤一中将0.1mol/L～0.3mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.1mol/L～0.4mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:(2～8)的比例混合均匀。
3.如权利要求1所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤一中将0.2mol/L的NiSO4·6H2O溶液与0.25mol/L的CuSO4·5H2O溶液按体积比为1:5的比例混合均匀。
4.如权利要求1至3中任一项所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤二中酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为(1.5g～2.5g):0.1mol。
5.如权利要求1至3中任一项所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤二中酸化处理后的碳纳米管质量与溶液A的比例为2g:0.1mol。
6.如权利要求4所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤三中将0.15mol/L～0.35mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85％的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀。
7.如权利要求4所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤三中将0.25mol/L的NaOH溶液与质量百分比含量为85％的水合肼溶液按体积比为1:1的比例混合均匀。
8.如权利要求6所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤四中将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为(6～8):1的比例混合均匀。
9.如权利要求6所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤四中将步骤二得到的混合溶液B与步骤三得到的混合溶液C按体积比为7:1的比例混合均匀。
10.如权利要求8所述的一种微波制备碳纳米管负载纳米铜镍固溶体的方法，其特征在于步骤四中放入微波炉中反应10min～40min，在温度为21℃～23℃条件下，冷却1.2h～1.8h。
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