[發明專利]單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線的方法

無效

• 申請號: 201010291242.2
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101948137A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 汪信;陳勝;朱俊武;劉孝恒;楊緒杰;陸路德;韓巧鳳
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于一種納米材料的制備技術，特別是一種單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線的方法。

背景技術

近年來，具有特殊微觀形貌的納米材料控制合成受到了廣泛關注。其中，低維納米氧化物材料，如二氧化錳納米線，由于顯示了獨特的光、電、磁等性能而備受青睞。關于一維納米材料的制備方法，文獻報道的主要有水熱法、回流、溶膠-凝膠法、沉淀法、超聲法、電化學沉積法等。這些方法各具優缺點，但總的來說，操作步驟較復雜、引入了交聯劑、及有些操作采用高耗能裝置如超聲儀等，這對于上述方法的商業化應用是一個極大的阻礙。

單壁碳納米管是近年來發現的新的碳同素異形體，是一種全新的一維納米材料。由于其優異的導電性能、機械特性、良好的化學穩定性、大的長徑比及較大的比表面積等，單壁碳納米管在電子、復合材料、電池、傳感器等具有潛在的應用前景。

采用單壁碳納米管為模板，利用其一維納米線性結構來制備具有獨特微觀形貌的納米材料，是一種新的探索。MnO₂是室溫下較為穩定的一種錳氧化物，具有優異的物理化學性能，同時環境友善、價格低廉、資源豐富。由于其微觀形貌及晶體結構的多態性，二氧化錳有望在催化、離子交換、微波吸收、生物傳感器及儲能領域具有良好的應用。通過簡單的軟化學方法以單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線材料，有望使材料的性能得到進一步的提升。然而，令人遺憾的是，關于以單壁碳納米管為模板制備MnO₂納米線材料的研究至今未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操作簡單的軟化學方法，在溫和條件下以單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線的方法，包括以下步驟：

步驟1：將單壁碳納米管分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后進行超聲處理；

步驟2：將步驟1中超聲處理后所得混合物進行離心，棄底部殘留固體，取其上層的混合液，即單壁碳納米管分散于N-甲基吡咯烷酮中形成的懸浮液；

步驟3：將KMnO₄溶解于水中，形成KMnO₄水溶液；

步驟4：將步驟3中制得的KMnO₄水溶液加入步驟2中制得的混合液中，攪拌反應，單壁碳納米管與KMnO₄反應，反應方程式為：4KMnO₄+3C+H₂O→4MnO₂+K₂CO₃+2KHCO₃，得到新的混合液；

步驟5：將步驟4中制得的混合液進行離心、洗滌、干燥、研磨，即得二氧化錳納米線材料。

本發明有以下顯著優點：(1)操作簡單，設備便利，反應溫度相對較低，無需加入任何穩定劑、模板劑或表面活性劑，產物的后處理較為方便，適用于工業化生產；(2)較好地利用了單壁碳納米管大比表面積的特點，所得材料繼承了碳納米管良好的線性結構，所得二氧化錳納米線材料在電化學測試中表現出了優異的電化學性能，表明其在電化學領域具有非常廣闊的應用前景。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線的方法的流程示意圖。

圖2是本發明得到產物二氧化錳納米線的透射電鏡(a，b)及場發射掃描電鏡(c，d)圖片。

圖3是發明得到產物二氧化錳納米線的循環伏安曲線圖。

具體實施方式

結合圖1，本發明一種單壁碳納米管為模板制備二氧化錳納米線的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：將單壁碳納米管分散于N-甲基吡咯烷酮中，然后進行超聲處理；單壁碳納米管在N-甲基吡咯烷酮中濃度為0.01～0.4mg/mL。

步驟2：將步驟1中超聲處理后所得混合物進行離心，棄底部殘留固體，取其上層的混合液，即單壁碳納米管分散于N-甲基吡咯烷酮中形成的懸浮液。KMnO₄與單壁碳納米管的質量比例為2～50。

步驟3：將KMnO₄溶解于水中，形成KMnO₄水溶液；KMnO₄在水中濃度為10～80mg/mL。