CN109592666A - 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法 - Google Patents

一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109592666A
CN109592666A CN201811411532.9A CN201811411532A CN109592666A CN 109592666 A CN109592666 A CN 109592666A CN 201811411532 A CN201811411532 A CN 201811411532A CN 109592666 A CN109592666 A CN 109592666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
nano pipe
pipe array
carbon nano
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811411532.9A
Other languages
English (en)
Inventor
刘恩佐
邓晓阳
李家俊
赵乃勤
师春生
何春年
马丽颖
何芳
李群英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201811411532.9A priority Critical patent/CN109592666A/zh
Publication of CN109592666A publication Critical patent/CN109592666A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00031—Regular or irregular arrays of nanoscale structures, e.g. etch mask layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00349—Creating layers of material on a substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法，包括下列步骤：(1)固态碳源的制备：将硝酸锌和二甲基咪唑溶解于甲醇中，然后离心干燥，得到所需固态碳源。(2)柔性前驱体基底的制备：将清洗干净的碳布垂直放入硝酸钴水溶液中，然后加入二甲基咪唑水溶液，搅拌均匀后静置一段时间；将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底。(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源放置于基底的下方，然后放置于管式炉中，在氩气保护下升温至600‑900℃并保温一段时间后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。

Description

一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种仙人掌状的碳纳米管阵列的制备方法。
背景技术
碳纳米管因其独特的电学，光学，热学，力学性能，自发现以来就受到了持续的关注。碳纳米管阵列具有高的导电性，大的比表面积以及优异的化学稳定性，在能源存储和转换领域，比如超级电容器，锂离子电池，燃料电池，太阳能电池等领域具有广泛的应用。
目前制备碳纳米管的方法主要有化学气相沉积法，电弧放电法，激光蒸发法，热解催化法以及模版法等。化学气相沉积法是科研工作者和企业最常使用的方法。目前制备碳纳米管阵列的方法主要是在氢气气氛中进行，并且需要较为复杂的步骤和控制条件。同时这些碳纳米管阵列通常制备在金属基底上，往往需要复杂的后处理工艺才能利用。
本发明致力于研发出一种仙人掌状的碳纳米管阵列的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种以金属有机骨架材料作为固态碳源，负载有二维金属有机骨架材料的碳布作为生长基底并提供碳管生长所需的金属催化剂，经高温反应后获得仙人掌状的碳纳米管阵列材料。本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法，包括下列步骤：
(1)固态碳源的制备：将硝酸锌和二甲基咪唑溶解于甲醇中，然后离心干燥，得到所需固态碳源。
(2)柔性前驱体基底的制备：按照1：2.5-3.5的质量配比分别称取硝酸钴与二甲基咪唑，并分别制成适量浓度的硝酸钴溶液与二甲基咪唑溶液；将清洗干净的碳布垂直放入硝酸钴水溶液中，然后加入二甲基咪唑水溶液，搅拌均匀后静置一段时间；将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底，命名为CC@ZIF-L。
(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源放置于生长基底CC@ZIF-L的下方，然后放置于管式炉中，在氩气保护下升温至600-900℃并保温一段时间后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。
(1)中，将硝酸锌和二甲基咪唑按照1:2-2.5的质量配比溶解于甲醇中。
此发明成功地制备了仙人掌状的碳纳米管阵列材料。与现有的技术相比，本发明无需使用氢气，乙炔，甲烷等危险气体，同时操作简便，易实现工业化生产。该方法制备的碳纳米管的管径较小，同时具有钴氮双元素的掺杂，而且在制备过程中柔性基底形貌结构没有发生明显的变化，该柔性自支撑材料可以直接用作储能和能量转换器件的电极材料。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的仙人掌状碳纳米管阵列材料的扫描照片；由图可观察到在二维碳材料表明密集生长了碳纳米管阵列，呈现出类仙人掌状的形貌。
图2为本发明实施例1所制备的仙人掌状碳纳米管阵列材料的透射图；从图中可以看到明显的中空管道的存在，表明碳纳米管的成功制备，而且碳纳米管的直径在20nm左右。
本发明未述及之处适用于现有技术。
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
(1)固态碳源的制备：将一定浓度的硝酸锌甲醇溶液(2.9g,200mL)加入二甲基咪唑甲醇溶液(6.5g,200mL)中，持续搅拌1h,然后离心干燥，得到所需固态碳源。
(2)柔性前驱体基底的制备：将清洗干净的碳布(CC,1cm2)垂直放入硝酸钴水溶液(0.582mg,40mL)中，然后将适量二甲基咪唑水溶液(1.3g,40mL)加入上述溶液，搅拌1min后静置4h，然后将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底。(命名为CC@ZIF-L)。
(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源(200mg)放置于生长基底CC@ZIF-L的下方，然后放置于气氛管式炉中，在氩气保护下升温至800℃并保温2h后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。
实施例2
(1)固态碳源的制备：将一定浓度的硝酸锌甲醇溶液(2.9g,200mL)加入二甲基咪唑甲醇溶液(6.5g,200mL)中，持续搅拌1h,然后离心干燥，得到所需固态碳源。
(2)柔性前驱体基底的制备：将清洗干净的碳布(CC,1cm2)垂直放入硝酸钴水溶液(0.582mg,40mL)中，然后将适量二甲基咪唑水溶液(1.3g,40mL)加入上述溶液，搅拌1min后静置4h，然后将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底。(命名为CC@ZIF-L)。
(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源(200mg)放置于生长基底CC@ZIF-L的下方，然后放置于气氛管式炉中，在氩气保护下升温至700℃并保温2h后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。
实施例3
(1)固态碳源的制备：将一定浓度的硝酸锌甲醇溶液(2.9g,200mL)加入二甲基咪唑甲醇溶液(6.5g,200mL)中，持续搅拌1h,然后离心干燥，得到所需固态碳源。
(2)柔性前驱体基底的制备：将清洗干净的碳布(CC,1cm2)垂直放入硝酸钴水溶液(0.582mg,40mL)中，然后将适量二甲基咪唑水溶液(1.3g,40mL)加入上述溶液，搅拌1min后静置4h，然后将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底。(命名为CC@ZIF-L)。
(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源(50mg)放置于生长基底CC@ZIF-L的下方，然后放置于气氛管式炉中，在氩气保护下升温至800℃并保温2h后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。

Claims (2)

1.一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法，包括下列步骤：
(1)固态碳源的制备：将硝酸锌和二甲基咪唑溶解于甲醇中，然后离心干燥，得到所需固态碳源。
(2)柔性前驱体基底的制备：按照1：2.5-3.5的质量配比分别称取硝酸钴与二甲基咪唑，并分别制成适量浓度的硝酸钴溶液与二甲基咪唑溶液；将清洗干净的碳布垂直放入硝酸钴水溶液中，然后加入二甲基咪唑水溶液，搅拌均匀后静置一段时间；将负载了二维金属有机骨架材料的碳布取出，用去离子水洗掉表面多余的产物，干燥后得到柔性前驱体基底，命名为CC@ZIF-L。
(3)碳纳米管阵列制备：将步骤(1)制备的固态碳源放置于生长基底CC@ZIF-L的下方，然后放置于管式炉中，在氩气保护下升温至600-900℃并保温一段时间后取出，得到仙人掌状的碳纳米管阵列材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中，将硝酸锌和二甲基咪唑按照1:2-2.5的质量配比溶解于甲醇中。
CN201811411532.9A 2018-11-24 2018-11-24 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法 Pending CN109592666A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811411532.9A CN109592666A (zh) 2018-11-24 2018-11-24 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811411532.9A CN109592666A (zh) 2018-11-24 2018-11-24 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109592666A true CN109592666A (zh) 2019-04-09

Family

ID=65959640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811411532.9A Pending CN109592666A (zh) 2018-11-24 2018-11-24 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109592666A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110911702A (zh) * 2019-11-08 2020-03-24 江苏科技大学 二维铁氮共掺杂碳基复合材料及其制备方法和应用
CN111403696A (zh) * 2019-11-20 2020-07-10 浙江工业大学 一种片状二氧化锰中空框架结构材料及其制备方法、应用
CN113136586A (zh) * 2021-03-18 2021-07-20 中山大学 一种电催化复合电极材料及其制备方法和应用
CN115011998A (zh) * 2022-07-19 2022-09-06 天津大学 基于沸石咪唑有机框架膜的自支撑催化层快速制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070221913A1 (en) * 2006-01-23 2007-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Aromatic imide-based dispersant for carbon nanotubes and carbon nanotube composition comprising the same
CN103288072A (zh) * 2013-05-24 2013-09-11 大连理工大学 铁填充碳纳米管的制备方法及反应装置
CN105776181A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 大连理工大学 一种片状纳米多孔碳与碳纳米管复合材料的制备方法
WO2017074646A1 (en) * 2015-10-26 2017-05-04 Sabic Global Technologies B.V. Preparation of carbon nanotube based core-shell materials
CN107394089A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 北京理工大学 一种锂硫电池用zif颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料
WO2018034625A1 (en) * 2016-08-16 2018-02-22 Istanbul Teknik Universitesi Randomly distributed and/or vertically/horizontally grown carbon nanotubes on polymeric nanofibers and their composites
CN107887592A (zh) * 2017-11-17 2018-04-06 武汉理工大学 碳包覆ZnO纳米线及其制备方法和应用
CN107994251A (zh) * 2017-12-11 2018-05-04 哈尔滨工业大学 一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法
CN108010746A (zh) * 2018-01-29 2018-05-08 南昌航空大学 一种用于柔性超级电容器电极的碳布表面修饰方法
CN108336292A (zh) * 2017-01-19 2018-07-27 中国石油化工股份有限公司 一种电极及其制备方法和一种碳纳米管及其应用
CN108597898A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 宁波大学 一种硫化钴锌纳米材料的制备方法
CN108736031A (zh) * 2018-05-21 2018-11-02 同济大学 一种自支撑PtCo合金纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070221913A1 (en) * 2006-01-23 2007-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Aromatic imide-based dispersant for carbon nanotubes and carbon nanotube composition comprising the same
CN103288072A (zh) * 2013-05-24 2013-09-11 大连理工大学 铁填充碳纳米管的制备方法及反应装置
WO2017074646A1 (en) * 2015-10-26 2017-05-04 Sabic Global Technologies B.V. Preparation of carbon nanotube based core-shell materials
CN105776181A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 大连理工大学 一种片状纳米多孔碳与碳纳米管复合材料的制备方法
WO2018034625A1 (en) * 2016-08-16 2018-02-22 Istanbul Teknik Universitesi Randomly distributed and/or vertically/horizontally grown carbon nanotubes on polymeric nanofibers and their composites
CN108336292A (zh) * 2017-01-19 2018-07-27 中国石油化工股份有限公司 一种电极及其制备方法和一种碳纳米管及其应用
CN107394089A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 北京理工大学 一种锂硫电池用zif颗粒和碳纳米管共修饰的隔膜材料
CN107887592A (zh) * 2017-11-17 2018-04-06 武汉理工大学 碳包覆ZnO纳米线及其制备方法和应用
CN107994251A (zh) * 2017-12-11 2018-05-04 哈尔滨工业大学 一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法
CN108010746A (zh) * 2018-01-29 2018-05-08 南昌航空大学 一种用于柔性超级电容器电极的碳布表面修饰方法
CN108597898A (zh) * 2018-04-10 2018-09-28 宁波大学 一种硫化钴锌纳米材料的制备方法
CN108736031A (zh) * 2018-05-21 2018-11-02 同济大学 一种自支撑PtCo合金纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUAN PAN ET AL: ""Core−shell ZIF-8@ZIF-67-derived CoP nanoparticle-embedded N-doped carbon nanotube hollow polyhedron for efficient overall water splitting"", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 *
吴佳锋: ""基于金属有机框架制备的金属氧化物/碳的复合材料在锂离子电池负极的应用"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110911702A (zh) * 2019-11-08 2020-03-24 江苏科技大学 二维铁氮共掺杂碳基复合材料及其制备方法和应用
CN110911702B (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 江苏科技大学 二维铁氮共掺杂碳基复合材料及其制备方法和应用
CN111403696A (zh) * 2019-11-20 2020-07-10 浙江工业大学 一种片状二氧化锰中空框架结构材料及其制备方法、应用
CN111403696B (zh) * 2019-11-20 2021-06-15 浙江工业大学 一种片状二氧化锰中空框架结构材料及其制备方法、应用
CN113136586A (zh) * 2021-03-18 2021-07-20 中山大学 一种电催化复合电极材料及其制备方法和应用
CN113136586B (zh) * 2021-03-18 2022-03-29 中山大学 一种电催化复合电极材料及其制备方法和应用
CN115011998A (zh) * 2022-07-19 2022-09-06 天津大学 基于沸石咪唑有机框架膜的自支撑催化层快速制备方法
CN115011998B (zh) * 2022-07-19 2023-12-05 天津大学 基于沸石咪唑有机框架膜的自支撑催化层快速制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Cobalt-molybdenum nanosheet arrays as highly efficient and stable earth-abundant electrocatalysts for overall water splitting
CN109225274B (zh) Fe掺杂的MoS2纳米材料及其制备方法和应用
CN109592666A (zh) 一种仙人掌状碳纳米管阵列的制备方法
Zhang et al. Highly defective porous CoP nanowire as electrocatalyst for full water splitting
CN108579788B (zh) 一种复合型钴钒氮化物纳米线电催化剂及其制备方法和应用
CN107447231B (zh) 一种二碲化钴电催化析氧复合材料及其制备方法和应用
Luo et al. Hierarchical nickel oxide nanosheet@ nanowire arrays on nickel foam: an efficient 3D electrode for methanol electro-oxidation
Wang et al. Replacing Oxygen Evolution with Hydrazine Oxidation at the Anode for Energy‐Saving Electrolytic Hydrogen Production
Chang et al. Photoactive earth‐abundant iron pyrite catalysts for electrocatalytic nitrogen reduction reaction
CN109594101B (zh) 一种多孔碳负载钌的催化剂制备方法
CN108993545A (zh) 一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用
CN103611555A (zh) 一种氮掺杂石墨烯催化剂及其制备方法及应用
CN107680821B (zh) 一种双金属氢氧化物@钼酸镍@石墨烯纳米复合材料、制备方法及其应用
Wu et al. Generalized Synthesis of Ultrathin Cobalt‐Based Nanosheets from Metallophthalocyanine‐Modulated Self‐Assemblies for Complementary Water Electrolysis
Ai et al. Photothermally boosted water splitting electrocatalysis by broadband solar harvesting nickel phosphide within a quasi-MOF
CN107213908A (zh) 一种三硫化四钴纳米空心管@泡沫镍复合阵列材料、制备方法及其应用
CN107308959A (zh) Cu2‑xSe纳米片列阵@泡沫铜复合材料、制备方法及应用
Cao et al. Template‐directed growth of bimetallic prussian blue‐analogue nanosheet arrays and their derived porous metal oxides for oxygen evolution reaction
CN111483999B (zh) 一种氮掺杂碳纳米管的制备方法、氮掺杂碳纳米管及其应用
US11905503B2 (en) Electromethanogenesis reactor
Li et al. Hierarchically structured CoN/Cu 3 N nanotube array supported on copper foam as an efficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting
Ding et al. Chitosan hydrogel derived carbon foam with typical transition-metal catalysts for efficient water splitting
CN109019783A (zh) 氢氧化钴/zif-67碳基催化电极及其制备方法和应用
CN106807378A (zh) 一种六边形镍/钴氧化物析氧催化剂及其制备方法和应用
CN111282588A (zh) 一种电解水析氢催化剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190409