CN110148760A - 一种多孔碳-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳纳米管的制备技术领域，本发明提供了一种多孔碳‑碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物；在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳‑碳纳米管复合材料。本发明采用一步固相热解法制备多孔碳‑碳纳米管复合材料，无需特殊的设备，制备工艺简单、操作容易，适合大规模生产；且采用该制备方法制备得到的多孔碳‑碳纳米管复合材料中碳纳米管含量高，能够均匀的分散在多孔碳材料表面，大大改善了多孔碳材料的导电性；同时，在制备过程中实现了氮元素的掺杂，使多孔碳‑碳纳米管复合材料具有优异的电催化活性，在电催化领域具有广阔的应用前景。

Description

一种多孔碳-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及碳纳米管的制备技术领域，具体涉及一种多孔碳-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
多孔碳材料是指具有丰富孔结构的碳材料，其孔径范围从纳米级微孔到微米级大孔不等，可根据实际应用需求对孔的结构和大小进行调控。多孔碳材料不仅具备碳材料本身的化学稳定性好、成本低的优点，同时还具有较大的比表面积和可控的孔道结构，使其广泛应用于吸附分离、反应催化、能量转化与储存等领域。多孔碳材料独特的结构非常有利于离子和电解质的扩散，因此在电催化领域表现出了很大的应用潜力，例如电催化膜、超级电容器和金属-空气电池等，然而，多孔碳材料的多孔结构也导致碳骨架在微观上的隔离，限制了电子传递效率，进而影响了其电化学性能，通过与碳纳米管(CNT)复合来提高多孔碳材料的导电性和催化活性是一个有效的途径。
碳纳米管是一种新型的一维中空管状碳纳米材料，具有较大的比表面积以及优异的导电性、导热性和力学性能，由于量子限域效应，电子可沿CNT轴向快速迁移，因此当CNT与其他材料复合时，可显著提高复合材料的电化学性能。通过在碳纳米管的C原子骨架中进一步掺杂N原子能够增加缺陷，进一步提高材料的催化活性。然而，碳纳米管材料本身很容易发生缠绕团聚，使得通过直接添加碳纳米管制备的复合材料存在分散不均和结合不牢的问题。在基底材料表面原位生长碳纳米管能够很好的改善碳纳米管的分散问题，且通过增强与基底的结合力能够更大程度提升复合材料的性能。
目前，制备碳纳米管的方法主要有电弧放电法、激光烧烛法和化学气相沉积法。其中，电弧放电法和激光烧烛法由于产量较低而很少应用于商业生产中，化学气相沉积法作为最主流的制备方法，可以实现大规模生产。化学气相沉积法是将催化剂颗粒沉积或者蒸镀在基底表面，之后通入碳源，在催化剂颗粒作用下直接在基底表面生成碳纳米管。在化学气相沉积法中，基底上负载的催化剂颗粒作为碳纳米管气相生长的晶种，因此其负载情况直接决定了生成的CNT在基底表面的分布情况。
专利ZL 200610042933.2介绍了一种在碳布上生长CNT的方法，将Ni粉和升华S粉按照一定比例均匀混合后，铺撒在碳布上并置于高温炉中，通过催化裂解天然气在碳布上直接生长碳纳米管，但采用铺撒的方法附着在碳布上的Ni粉和升华S粉颗粒大、分布不均匀，且与碳布不能形成有效结合，容易脱落。
专利ZL 201410521138.6介绍了一种在纤维表面原位生长碳纳米管的方法，先采用浓硫酸和过氧化氢的混合溶液对纤维材料进行预处理，再采用浸渍法或溶胶凝胶法将催化剂前体附着在纤维表面，通入碳源气体如一氧化碳、脂肪族和芳香族烃等作为前体生长碳纳米管。
专利ZL 201010540199.9介绍了一种在碳化硅纤维上生长碳纳米管的方法，采用催化剂前驱体真空浸渍-还原法处理碳化硅纤维立体织物，然后以乙炔为碳源气体，在保护气氛下实现化学气相沉积，在碳化硅表面上原位生长出碳纳米管。
专利ZL 201410074549.5介绍了一种在银基材料表面生长碳纳米管以改善其电学及力学性能的方法，选用硝酸镍作为催化剂，甲烷作为碳源气体，先制备硝酸镍与银的复合粉末，然后采用等离子体增强化学气相沉积的方法在银粉末表面低温原位生成碳纳米管，最终制备出高性能的CNT/Ag电接触复合粉末。
目前，化学气相沉积法虽然已经比较成熟，但仍然存在生长的碳纳米管分布不均匀的问题，且这一方法的操作过程较复杂，对设备仪器的要求高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔碳-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，本发明采用一步固相热解法制备多孔碳-碳纳米管复合材料，制备工艺简单，且制得的碳纳米管能够均匀的分散在多孔碳材料表面，提高了多孔碳-碳纳米管复合材料的电化学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种多孔碳-碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物；
在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳-碳纳米管复合材料。
优选地，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的质量比为1：(5～20)：(0.5～1.5)。
优选地，所述多孔碳材料包括介孔碳材料、大孔碳材料或碳分子筛；所述含氮碳源包括三聚氰胺和g-C3N4；所述催化剂为过渡金属盐。
优选地，所述多孔碳材料在使用前进行预处理，所述预处理的方法包括：将多孔碳材料置于浓硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液中浸泡。
优选地，所述含氮碳源中三聚氰胺和g-C3N4的质量比为1:1。
优选地，所述g-C3N4的制备方法为：将富氮前驱体进行煅烧，得到g-C3N4；所述富氮前驱体包括双氰胺、尿素、三聚氰胺或硫脲；所述煅烧的温度为550℃；所述煅烧的时间为4h。
优选地，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂通过研磨混合得到所述混合物。
优选地，所述热解的温度为800～1100℃，达到所述热解温度的升温速率为2～10℃/min；所述热解的时间为3h。
本发明提供了一种采用上述制备方法制备得到的多孔碳-碳纳米管复合材料，包括多孔碳和在多孔碳表面原位生长的碳纳米管，且所述多孔碳-碳纳米管复合材料中掺杂有氮元素。
本发明还提供了一种上述技术方案所述多孔碳-碳纳米管复合材料在电催化领域中的应用。
本发明提供了一种多孔碳-碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物；在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳-碳纳米管复合材料。本发明采用一步固相热解法制备多孔碳-碳纳米管复合材料，无需特殊的设备，制备工艺简单、操作容易，适合大规模生产；且采用该制备方法制备得到的多孔碳-碳纳米管复合材料中碳纳米管含量高，能够均匀的分散在多孔碳材料表面，大大改善了多孔碳材料的导电性；同时，在制备过程中实现了氮元素的掺杂，使多孔碳-碳纳米管复合材料具有优异的电催化活性，在电催化领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料中碳纳米管的透射电镜图；
图3为本发明实施例1制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料的XPS总谱图；
图4为本发明实施例2制备的碳分子筛-碳纳米管复合材料的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料的EIS曲线和有序介孔碳材料的EIS曲线；
图6为本发明实施例1制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料的LSV曲线和有序介孔碳材料的LSV曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种多孔碳-碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物；在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳-碳纳米管复合材料。
在本发明中，若没有特殊说明，所用制备原料均为本领域所熟知的市售商品。
本发明提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物。在本发明中，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的质量比优选为1：(5～20)：(0.5～1.5)，更优选为1：(10～16)：(0.5～1.5)。
在本发明中，所述多孔碳材料优选包括介孔碳材料、大孔碳材料或碳分子筛，更优选为有序介孔碳CMK-3、有序介孔碳CMK-5、有序大孔碳材料或碳分子筛。
在本发明中，所述多孔碳材料在使用前优选进行预处理，所述预处理的方法包括：将多孔碳材料置于浓硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液中浸泡。在本发明中，所述浓硫酸的质量分数优选为98％；所述过氧化氢溶液的质量分数优选为30％；所述浓硫酸和过氧化氢溶液的体积比优选为3:1。在本发明中，所述浸泡优选在超声条件下进行，本发明对所述超声的功率没有特殊的限定，采用本领域常规的超声功率即可。在本发明中，所述浸泡的时间优选为30～60min，更优选为30～45min。
在本发明中，所述浸泡结束后，优选还包括依次进行的过滤、洗涤和干燥。本发明对所述过滤、洗涤和干燥的具体参数没有特殊的要求，采用本领域常规的过滤、洗涤和干燥方法即可。在本发明中，优选采用去离子水进行洗涤。
本发明通过对多孔碳材料进行预处理，能够去除多孔碳表面的杂质，且在不损坏本体结构的基础上，得到更加粗糙的多孔碳表面，从而有利于后续热解过程中多孔碳材料与催化剂和含氮碳源的结合，提高碳纳米管在多孔碳表面的结合力和分散均匀性。
在本发明中，所述含氮碳源优选包括三聚氰胺和g-C3N4，更优选为三聚氰胺和g-C3N4的混合粉末。在本发明中，所述三聚氰胺和g-C3N4的质量比优选为1:1。在本发明中，g-C3N4中的原子以sp2杂化形成π共轭体系，且具有近似石墨烯的平面二维层状结构，可作为碳纳米管管壁生长的模板，三聚氰胺在高温下热解产生的含碳气体可在g-C3N4的基础上生长为层状结构，且三聚氰胺含氮量高，可增加碳纳米管的氮掺杂量。
在本发明中，所述g-C3N4的制备方法优选为：将富氮前驱体进行煅烧，得到g-C3N4。在本发明中，所述富氮前驱体优选包括双氰胺、尿素、三聚氰胺或硫脲，更优选为三聚氰胺。在本发明中，所述煅烧的温度优选为550℃；达到煅烧所需温度的升温速率优选为5～20℃/min，更优选为5℃/min；所述煅烧的时间优选为4h。在本发明中，所述煅烧优选在半封闭条件下进行，在本发明的具体实施例中，优选将所述富氮前驱体置于坩埚中，盖上盖子，达到半封闭条件。在本发明的具体实施例中，所述g-C3N4为淡黄色粉末。
在本发明中，所述催化剂优选为过渡金属盐，更优选为醋酸铁、硝酸铁、氯化铁、乙酰丙酮铁、醋酸钴、硝酸钴、氯化钴和乙酰丙酮钴中的一种或几种。
在本发明中，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂优选通过研磨混合得到所述混合物，更优选为将多孔碳材料、含氮碳源和催化剂置于玛瑙研磨中进行研磨。本发明对所述研磨的具体参数没有特殊的限定，以使物料混合均匀为宜。本发明通过研磨能够使多孔碳材料、含氮碳源和催化剂充分混合均匀。
得到上述混合物后，本发明在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳-碳纳米管复合材料。在本发明中，所述保护性气氛优选为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛。本发明限定在保护性气氛下进行热解，能够避免混合物与空气中的氧气发生反应。
在本发明中，所述热解的温度优选为800～1100℃，更优选为800～900℃；达到热解所需温度的升温速率优选为2～10℃/min，更优选为3℃/min。本发明通过控制升温速率能够控制三聚氰胺在热解过程中气体(例如C2N2 +、C3N2 +和C3N3 +)的释放，使其沉积在g-C3N4模板上生长成石墨化的片层结构。
在本发明中，所述热解的时间优选为3h。在本发明中，通过将多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物进行高温热解，制得了多孔碳表面原位生长有碳纳米管且掺杂氮元素的复合材料，进一步优选地，可以通过改变多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的质量比来调节多孔碳-碳纳米管复合材料中碳纳米管以及氮元素的含量。
本发明提供了一种采用上述制备方法制备得到的多孔碳-碳纳米管复合材料，包括多孔碳和在多孔碳表面原位生长的碳纳米管，且所述多孔碳-碳纳米管复合材料中掺杂有氮元素。在本发明中，所述氮元素优选掺杂在碳纳米管中。
本发明还提供了上述技术方案所述多孔碳-碳纳米管复合材料在电催化领域中的应用，具体优选用于制备燃料电池或金属-空气电池等。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
分别量取15mL质量分数为98％的浓硫酸溶液和5mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；
将1g有序介孔碳CMK-3分散于所述混合溶液中，超声处理30min后过滤，用去离子水清洗两次，在烘箱中烘干，得到预处理后的有序介孔碳CMK-3；
称取5g三聚氰胺于坩埚中，盖上盖子，将坩埚置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率从室温升到550℃，煅烧4h，降到室温后，得到淡黄色产物g-C3N4，用研钵磨碎待用；
将0.1g预处理后的有序介孔碳CMK-3、0.5g g-C3N4、0.5g三聚氰胺和0.05g乙酰丙酮铁置于玛瑙研钵中，用研钵充分研磨，使四种粉末状原料完全混合，转移至坩埚中并放入管式炉中，通入N2排尽管式炉中的空气，之后以3℃/min的升温速率从室温升到800℃，保持3h，待温度降到室温后取出产物，得到有序介孔碳-碳纳米管复合材料。
本实施例制备的有序介孔碳-碳纳米管复合材料中有序介孔碳CMK-3表面原位生长有碳纳米管，且碳纳米管中掺杂有氮元素；有序介孔碳-碳纳米管复合材料的扫描电镜图如图1所示，由图1可以看出有序介孔碳CMK-3表面均匀的分布着直径约为30～50nm的碳纳米管；有序介孔碳-碳纳米管复合材料中碳纳米管的透射电镜图如图2所示，由图2可以看出，生成的碳纳米管呈竹节状，管内或顶端包含有作为催化剂的铁纳米颗粒；有序介孔碳-碳纳米管复合材料的XPS总谱图如图3所示，由图3可以看出在有序介孔碳-碳纳米管复合材料中实现了氮元素的掺杂。
实施例2
分别量取15mL质量分数为98％的浓硫酸溶液和5mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；
将1g碳分子筛分散于所述混合溶液中，超声处理30min后过滤，用去离子水清洗两次，在烘箱中烘干，得到预处理后的碳分子筛；
将5g三聚氰胺于坩埚中，盖上盖子，将坩埚置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率从室温升到550℃，煅烧4h，降到室温后，得到淡黄色产物g-C3N4，用研钵磨碎待用；
将0.1g预处理后的碳分子筛、0.8g g-C3N4、0.8g三聚氰胺和0.1g硝酸铁置于玛瑙研钵中，用研钵充分研磨，使四种粉末状原料完全混合，转移至坩埚中并放入管式炉中，通入N2排尽管式炉中的空气，之后以3℃/min的升温速率从室温升到800℃，保持3h，待温度降到室温后取出产物，得到碳分子筛-碳纳米管复合材料。
本实施例制备的碳分子筛-碳纳米管复合材料中碳分子筛表面原位生长有碳纳米管，且碳纳米管中掺杂有氮元素；碳分子筛-碳纳米管复合材料的扫描电镜图如图4所示，由图4可以看出，碳分子筛表面生成的碳纳米管长程有序且含量丰富。
实施例3
分别量取15mL质量分数为98％的浓硫酸溶液和5mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；
将1g有序大孔碳材料分散于所述混合溶液中，超声处理30min后过滤，用去离子水清洗两次，在烘箱中烘干，得到预处理后的有序大孔碳材料；
称取5g三聚氰胺于坩埚中，盖上盖子，将坩埚置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率从室温升到550℃，煅烧4h，降到室温后，得到淡黄色产物g-C3N4，用研钵磨碎待用；
将0.1g预处理后的有序大孔碳材料、0.8g g-C3N4、0.8g三聚氰胺和0.1g硝酸钴置于玛瑙研钵中，用研钵充分研磨，使四种粉末状原料完全混合，置于坩埚中并放入管式炉中，通入N2排尽管式炉中的空气，之后以3℃/min的升温速率从室温升到800℃，保持3h，待温度降到室温后取出产物，得到有序大孔碳-碳纳米管复合材料，所述有序大孔碳-碳纳米管复合材料中有序大孔碳表面原位生长有碳纳米管，且碳纳米管中掺杂有氮元素。
实施例4
分别量取15mL质量分数为98％的浓硫酸溶液和5mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，充分搅拌混合均匀，得到混合溶液；
将1g有序介孔碳CMK-5分散于所述混合溶液中，超声处理45min后过滤，用去离子水清洗两次，在烘箱中烘干，得到预处理后的有序介孔碳CMK-5；
称取10g三聚氰胺于坩埚中，盖上盖子，将坩埚置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率从室温升到550℃，煅烧4h，降到室温后，得到淡黄色产物g-C3N4，用研钵磨碎待用；
将0.1g预处理后的有序介孔碳CMK-5、1g g-C3N4、1g三聚氰胺和0.15g氯化铁置于玛瑙研钵中，用研钵充分研磨，使四种粉末状原料完全混合，置于坩埚中并放入管式炉中，通入N2排尽管式炉中的空气，之后以3℃/min的升温速率从室温升到900℃，保持3h，待温度降到室温后取出产物，得到有序介孔碳-碳纳米管复合材料，有序介孔碳-碳纳米管复合材料中有序介孔碳CMK-5表面原位生长有碳纳米管，且碳纳米管中掺杂有氮元素。
试验例
对实施例1～4制备得到的多孔碳-碳纳米管复合材料的电化学性能进行测试，具体测试方法为：使用三电极体系，以负载待测物的玻碳电极为工作电极，铂丝电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，0.1M的氢氧化钾溶液为电解液，得到待测物的EIS和LSV曲线，测得待测物的电子传递阻抗、氧还原起始电位和半波电位；其中，待测物为未生长碳纳米管的多孔碳材料和本发明制备的多孔碳-碳纳米管复合材料，所得结果见表1及图5～6；
表1电化学性能测试结果
由试验结果可以看出，相比于多孔碳材料，本发明在多孔碳表面原位生长碳纳米管后，显著降低了材料的电子传递阻抗，提高了材料的氧还原起始电位和半波电位，说明本发明提供的多孔碳-碳纳米管复合材料具有优异的电化学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多孔碳-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供包括多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的混合物；
在保护性气氛下，将所述混合物进行热解，得到多孔碳-碳纳米管复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂的质量比为1：(5～20)：(0.5～1.5)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料包括介孔碳材料、大孔碳材料或碳分子筛；所述含氮碳源包括三聚氰胺和g-C3N4；所述催化剂为过渡金属盐。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料在使用前进行预处理，所述预处理的方法包括：将多孔碳材料置于浓硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液中浸泡。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含氮碳源中三聚氰胺和g-C3N4的质量比为1:1。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4的制备方法为：将富氮前驱体进行煅烧，得到g-C3N4；所述富氮前驱体包括双氰胺、尿素、三聚氰胺或硫脲；所述煅烧的温度为550℃；所述煅烧的时间为4h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料、含氮碳源和催化剂通过研磨混合得到所述混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解的温度为800～1100℃，达到热解所需温度的升温速率为2～10℃/min；所述热解的时间为3h。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的多孔碳-碳纳米管复合材料，其特征在于，包括多孔碳和在多孔碳表面原位生长的碳纳米管，且所述多孔碳-碳纳米管复合材料中掺杂有氮元素。
10.权利要求9所述多孔碳-碳纳米管复合材料在电催化领域中的应用。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408363A (zh) * 2020-12-01 2021-02-26 齐鲁工业大学 一种碳纳米管的原位制备方法
CN113277495A (zh) * 2021-05-19 2021-08-20 南京晓庄学院 三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用
CN113998689A (zh) * 2021-10-14 2022-02-01 大连理工大学 一种基于非共价键作用构筑g-C3N4量子点/碳复合材料的方法及其应用
CN113998681A (zh) * 2021-08-25 2022-02-01 常州大学 利用3d打印制备碳纳米管-碳复合泡沫材料的制备方法及其应用
CN114447304A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 蜂巢能源科技股份有限公司 一种硬碳复合负极材料及其制备方法和应用
CN114709429A (zh) * 2022-03-02 2022-07-05 江苏科技大学 一种棉碳布/氮掺杂纳米碳/碳纳米管柔性一体化电极及制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106876729A (zh) * 2015-12-14 2017-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备及催化剂和应用
CN108520954A (zh) * 2018-04-23 2018-09-11 吉林大学 一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其应用
CN108565129A (zh) * 2018-04-11 2018-09-21 齐齐哈尔大学 一种碳纳米管/硼氮共掺杂多孔碳复合材料的制备方法
CN109686951A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 中南大学 一种s@npc/cnt复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106876729A (zh) * 2015-12-14 2017-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 有序介孔碳生长碳纳米管催化剂的制备及催化剂和应用
CN108565129A (zh) * 2018-04-11 2018-09-21 齐齐哈尔大学 一种碳纳米管/硼氮共掺杂多孔碳复合材料的制备方法
CN108520954A (zh) * 2018-04-23 2018-09-11 吉林大学 一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其应用
CN109686951A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 中南大学 一种s@npc/cnt复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田娜: "g-C3N4前驱体重整及复合光催化材料构建提高光催化活性", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408363A (zh) * 2020-12-01 2021-02-26 齐鲁工业大学 一种碳纳米管的原位制备方法
CN112408363B (zh) * 2020-12-01 2022-10-18 齐鲁工业大学 一种碳纳米管的原位制备方法
CN113277495A (zh) * 2021-05-19 2021-08-20 南京晓庄学院 三维碳纳米管阵列复合材料及其制备方法和应用
CN113998681A (zh) * 2021-08-25 2022-02-01 常州大学 利用3d打印制备碳纳米管-碳复合泡沫材料的制备方法及其应用
CN113998689A (zh) * 2021-10-14 2022-02-01 大连理工大学 一种基于非共价键作用构筑g-C3N4量子点/碳复合材料的方法及其应用
CN113998689B (zh) * 2021-10-14 2022-12-20 大连理工大学 一种基于非共价键作用构筑g-C3N4量子点/碳复合材料的方法及其应用
CN114447304A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 蜂巢能源科技股份有限公司 一种硬碳复合负极材料及其制备方法和应用
CN114447304B (zh) * 2022-01-28 2024-04-12 蜂巢能源科技股份有限公司 一种硬碳复合负极材料及其制备方法和应用
CN114709429A (zh) * 2022-03-02 2022-07-05 江苏科技大学 一种棉碳布/氮掺杂纳米碳/碳纳米管柔性一体化电极及制备方法和应用

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