CN105887039A - 一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法 - Google Patents

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刘恩佐
赵乃勤
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Abstract

本发明提供一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法，包括：1)制备纳米多孔铜；2)制备多孔碳纳米纤维：将步骤1制得的纳米多孔铜放入石英舟中，将石英舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，其中，乙炔、氩气、氢气比例按50:500:200的流量配置，此时将炉温升至700‑1000℃；待炉温升至指定温度后将石英舟快速移至反应管中部恒温区，在此温度下煅烧5‑10分钟；煅烧完毕后将炉盖打开，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可得到在纳米多孔铜上面生长的多孔碳纳米纤维。该制备方法过程简单、成本低廉、可控性好，得到的多孔碳纳米纤维纯度高、产量大，适合工业化生产。

Description

一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法，属于纳米材料的制备技术领域。
背景技术
多孔碳纳米纤维是一种新型碳材料，具有非常优异的物理和化学性能，比如比表面积大，机械强度高，导电性、导热性好，因而受到各个领域的关注，尤其是在电化学领域，丰富的孔结构使得多孔碳纳米纤维可被应用于高性能电极材料，比如超电容、锂-硫电池、钠电以及燃料电池等。
目前，静电纺丝技术是制备多孔碳纳米纤维最为常用的方法。但是，静电纺丝技术成本较高，过程较为复杂，产量较低，不适合大批量制备多孔碳纳米纤维。又因无金属催化剂作用，最终得到的多孔碳纳米纤维的结晶普遍偏低，从而限制其在电化学领域的应用。所以大批量、高纯度、高结晶度多孔碳纳米纤维的制备仍然是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法；该方法过程简单、成本低廉、可控性好，得到的多孔碳纳米纤维纯度高、产量大，适合工业化生产。本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法，包括下列步骤：
1)制备纳米多孔铜
选用Cu和Mn的原子比为3：7至4：6的比例范围选取合金箔片，将合金箔片置于0.04-0.06M的盐酸溶液中，利用化学方法进行去合金化处理30-60分钟，制得纳米多孔铜箔片，将制得的纳米多孔铜箔片清洗后备用；
2)制备多孔碳纳米纤维
将步骤1制得的纳米多孔铜放入石英舟中，将石英舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，其中，乙炔、氩气、氢气比例按50:500:200的流量配置，此时将炉温升至700-1000℃；待炉温升至指定温度后将石英舟快速移至反应管中部恒温区，在此温度下煅烧5-10分钟；煅烧完毕后将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可得到在纳米多孔铜上面生长的多孔碳纳米纤维。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优势：(1)利用纳米多孔铜为模板和催化剂，采用化学气相沉积法一步催化合成多孔碳纳米纤维，简化了工艺流程，大大节约了成本；(2)所制备的多孔碳纳米纤维纯度高，产量大，可控性好，且制备过程和设备简单，易于实现工业化推广应用。
附图说明
图1为本发明制备纳米多孔铜SEM图像；
图2为本发明所制备的多孔碳纳米纤维SEM图像；
图3为本发明所制备的多孔碳纳米纤维TEM图像；
图4为本发明所制备的多孔碳纳米纤维HRTEM图像。
本发明未述及之处适用于现有技术。
具体实施方式
以下给出本发明制备方法的具体实施例。这些实施例仅用于详细说明本发明制备方法，并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
选用厚度为100um的Cu40Mn60合金箔片，并将其裁剪成1*1cm2大小。然后配置浓度为0.05M的盐酸溶液，将合金箔片浸入盐酸溶液中，在室温下进行去合金化。去合金化时间为40分钟，去合金化结束后将箔片依次经过去离子水-酒精清洗，清洗干净后放入真空干燥箱中，在室温下真空干燥12小时，得到纳米多孔铜。将干燥完全的纳米多孔铜放入石英方舟中，并将方舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，三种气体的比例为C2H2:Ar:H2＝50:500:200sccm。与此同时，将管式炉温度升至700℃，当炉温到达700℃时将石英方舟从炉膛外部快速移至反应管中部恒温区，在此温度下反应5分钟。反应结束后，将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，关闭乙炔和氢气，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可获得均匀生长的多孔碳纳米纤维。
实施例2
选用厚度为50um的Cu40Mn60合金箔片，并将其裁剪成1*1cm2大小。然后配置浓度为0.05M的盐酸溶液，将合金箔片浸入盐酸溶液中，在室温下进行去合金化，去合金化时间为20分钟，去合金化结束后将箔片依次经过去离子水-酒精清洗，清洗干净后放入真空干燥箱中，在室温下真空干燥12小时，得到纳米多孔铜。将干燥完全的纳米多孔铜放入石英方舟中，并将方舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，三种气体的比例为C2H2:Ar:H2＝50:500:200sccm。与此同时，将管式炉温度升至700℃，当炉温到达700℃时将石英方舟从炉膛外部快速移至反应管中部恒温区，在此温度下反应10分钟。反应结束后，将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，关闭乙炔和氢气，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可获得均匀生长的多孔碳纳米纤维。
实施例3
选用厚度为200um的Cu40Mn60合金箔片，并将其裁剪成1*1cm2大小。然后配置浓度为0.05M的盐酸溶液，将合金箔片浸入盐酸溶液中，在室温下进行去合金化，去合金化时间为60分钟，去合金化结束后将箔片依次经过去离子水-酒精清洗，清洗干净后放入真空干燥箱中，在室温下真空干燥12小时，得到纳米多孔铜。将干燥完全的纳米多孔铜放入石英方舟中，并将方舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，三种气体的比例为C2H2:Ar:H2＝50:500:200sccm。与此同时，将管式炉温度升至900℃，当炉温到达900℃时将石英方舟从炉膛外部快速移至反应管中部恒温区，在此温度下反应10分钟。反应结束后，将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，关闭乙炔和氢气，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可获得均匀生长的多孔碳纳米纤维。
实施例4
选用厚度为100um的Cu40Mn60合金箔片，并将其裁剪成1*1cm2大小。然后配置浓度为0.05M的盐酸溶液，将合金箔片浸入盐酸溶液中，在室温下进行去合金化，去合金化时间为40分钟，去合金化结束后将箔片依次经过去离子水-酒精清洗，清洗干净后放入真空干燥箱中，在室温下真空干燥12小时，得到纳米多孔铜。将干燥完全的纳米多孔铜放入石英方舟中，并将方舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，三种气体的比例为C2H2:Ar:H2＝50:500:200sccm。与此同时，将管式炉温度升至800℃，当炉温到达800℃时将石英方舟从炉膛外部快速移至反应管中部恒温区，在此温度下反应10分钟。反应结束后，将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，关闭乙炔和氢气，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可获得均匀生长的多孔碳纳米纤维。

Claims (1)

1.一种在纳米多孔铜上直接生长多孔碳纳米纤维的方法，包括下列步骤：
1)制备纳米多孔铜
选用Cu和Mn的原子比为3：7至4：6的比例范围选取合金箔片，将合金箔片置于0.04-0.06M的盐酸溶液中，利用化学方法进行去合金化处理30-60分钟，制得纳米多孔铜箔片，将制得的纳米多孔铜箔片清洗后备用；
2)制备多孔碳纳米纤维
将步骤1制得的纳米多孔铜放入石英舟中，将石英舟置于反应管炉膛外部区域，通入乙炔、氩气和氢气，其中，乙炔、氩气、氢气比例按50:500:200的流量配置，此时将炉温升至700-1000℃；待炉温升至指定温度后将石英舟快速移至反应管中部恒温区，在此温度下煅烧5-10分钟；煅烧完毕后将石英舟快速从反应管中部恒温区移至炉膛外部，并将炉盖打开，在氩气的气氛下将样品降至室温，即可得到在纳米多孔铜上面生长的多孔碳纳米纤维。
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