[發(fā)明專利]一種制備銀納米顆粒修飾的碳納米管的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910142389.2
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101683978A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 金章教;馬鵬程;唐本忠;洪淳亨;燦濱;陳成煥
• 申請（專利權(quán)）人: 香港科技大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B3/00;B01J23/50
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 丁業(yè)平;張?zhí)焓?/td>

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備銀納米顆粒修飾的碳納米管的方法。

背景技術

碳納米管(CNT)具有優(yōu)異的力學、電學以及其它物理性質(zhì)， 因此自1991年該類材料被發(fā)現(xiàn)以來，其就引起了世界范圍內(nèi)科研工 作者的極大興趣。目前的研究工作主要著重于碳納米管的制備、結(jié)構(gòu)、 性能及其應用等。與其它傳統(tǒng)碳材料(如石墨和金剛石)相比，碳納 米管可被認為是石墨層卷曲之后形成的管狀一維納米材料：其直徑一 般為1-50nm，長度為10-50μm甚至更高，因此其長徑比高于1000。 碳納米管的這種獨特結(jié)構(gòu)使其成為一種特殊的模板來制備金屬納米 顆粒修飾的碳納米管。這種新型的納米雜化材料既具有金屬納米顆粒 的特性，同時又具有碳納米管的優(yōu)異性能，因此在催化、能源儲存、 生物技術以及納米技術等方面存在著巨大的應用潛力。

許多文獻報道了金屬顆粒修飾的碳納米管的制備方法，并且對 這類新型納米雜化材料的電學、磁學及光學等性能進行了研究。在這 些研究中，銀納米顆粒修飾的碳納米管(AgCNT)因為具有廣泛的 應用前景(如催化劑、光限幅材料以及導電材料)而獲得科研工作者 的極大關注。目前制備AgCNT的主要方法有熱分解反應法、氣相 沉積法、表面化學反應法以及γ-射線輻射法等。采用上述方法制備 AgCNT主要有兩個缺點：1)由于銀納米顆粒和碳納米管表面之間 的相互作用很弱，因此銀納米顆粒極易通過毛細管作用進入到碳納米 管內(nèi)部，從而難以實現(xiàn)銀在碳納米管表面的修飾；2)納米粒子的聚 集導致銀納米顆粒很難在碳納米管表面形成單一分散且粒徑分布均 一的納米顆粒修飾層。為了能夠制備結(jié)構(gòu)良好的AgCNT，需將碳 納米管表面進行功能化或活化，以提高碳納米管和銀納米顆粒之間的 相互作用。用硫酸、硝酸等高濃度強酸對碳納米管進行處理是一種提 高碳納米管和銀顆粒之間相互作用的有效方法。但是這種方法會對碳 納米管的結(jié)構(gòu)造成嚴重的破壞，從而降低其力學、電學能性能。

美國專利申請公開No.20050220988(其以引用的方式并入本文 中)報道了一種通過硅烷偶聯(lián)劑制備金屬顆粒沉積的碳納米管的方 法。在此發(fā)明中將碳納米管首先浸于含有鉑(Pt)和三氯化釕(RuCl₃) 的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，然后用氫氣還原金屬離子成為金屬顆粒，從而 制備含有金屬顆粒修飾的碳納米管。該發(fā)明充分利用了金屬離子可在 碳納米管薄膜上吸附及沉積的特點，但是該方法的實驗步驟包括了納 米顆粒的沉積以及隨后的氫氣還原過程，因此導致在實際應用過程中 成本較高；此外，在制備的產(chǎn)物中引入新的雜質(zhì)硅化合物，眾所周知 硅是一種化學惰性和介電材料，因此在碳納米管表面上引入硅會影響 金屬顆粒的催化性能以及碳納米管的電學性質(zhì)。因此開發(fā)一種簡單、 實用且對環(huán)境友好的方法是必須的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要克服上述的金屬顆粒修飾的碳納米管制備 方法中存在的缺點，同時提供一種簡單制備金屬納米顆粒修飾的碳納 米管雜化材料的新方法。

已知可以通過多元醇技術來制備超細金屬顆粒。美國專利申請 No.US20060090599報道了通過多元醇反應制備直徑為1-10nm的金 屬顆粒。多元醇方法也被用于制備具有不同形貌的銀金屬顆粒。本發(fā) 明人注意到，通過控制反應條件，銀顆粒的大小分布、聚集程度及晶 型等都可以得到控制。另外，目前為止，不論是何種方法制備的碳納 米管(包括電弧法、激光蒸發(fā)法、氣相沉積法等)，其表面都含有雜 質(zhì)以及位錯、缺陷等不完美結(jié)構(gòu)，這些不完美結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過拉曼光譜、 高分辨透射電子顯微鏡等不同方法得到確認。但是，本發(fā)明人注意到， 這些不完美結(jié)構(gòu)在溶液反應中對金屬顆粒的成核以及生長起重要作 用。通過控制溫度、碳納米管的分散等加工條件，可以采用金屬納米 顆粒來利用并彌補這些不完美結(jié)構(gòu)，從而制備結(jié)構(gòu)良好的金屬-碳納 米管雜化材料。