[發明專利]復合電極制備方法及該方法制備的復合電極

有效

• 申請號: 201010591690.4
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102074684A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 孫寶云;董金泉;趙宇亮;郝健
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 呂俊清

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種復合電極制備方法及應用該復合電極制備方法所制備的復合電極。

背景技術

電弧放電法是目前制備富勒烯最普遍且產率量高的方法。通常是以石墨棒為陰極，以石墨棒或金屬復合石墨棒為陽極，在電弧放電的同時即可以制備富勒烯和金屬富勒烯。以石墨棒為陽極時，可以制備如C60，C70等空心的富勒烯。以金屬復合石墨棒為陽極時，不僅可以制備空心的富勒烯，也可以制備內包了金屬的內嵌金屬富勒烯。

普通石墨電極的制備方法包括混合過程、燒結過程及成型過程等，混合過程是將碳粉、瀝青或其它粘合劑充分混合，燒結過程是分階段高溫燒結，最后成型來制備。如果是金屬復合石墨電極，通常是在混合過程中，將金屬粉末、合金或金屬氧化物與碳粉充分混合，從而將金屬引入石墨棒而制成復合石墨電極。上述的過程中，在石墨棒成型后，也可以在石墨棒中打孔，再在中空的孔內人工填入所需要的材料。

現有技術的復合石墨電極的制備方法決定了填充入石墨棒的材料要受到限制，如果是在混合過程中摻雜需要的材料，在高溫燒結的過程中，摻雜物在高溫過程中很容易發生變化，因而限制了摻雜物質的種類。如果是在石墨棒成型后再在孔的內部填入需要的物質，則填充物很難壓實，且不能與碳充分混合，放電過程中填充物損失嚴重，限制了放電產物的產率，且以現有技術的這些方法不可能大規模制備復合碳棒。

內嵌金屬富勒烯在長達20多年的發展中，產量一直處于毫克量級。只是在最近才將金屬富勒烯的產量提高到了克量級，但是這一產量還不能滿足這一材料的實際應用。其主要原因之一是電弧法合成的煙炱里只含有10％-20％的富勒烯產物，主要是C60和C70，而在這一產物里，僅有1％是金屬富勒烯，即內嵌金屬富勒烯在全部煙炱中的產率僅為千分之一，甚至更低。

之所以內嵌技術富勒烯的產量低，是因為電弧法制備富勒烯時，放電的電極組成對金屬富勒烯的產率有很大的影響，有研究表明，在制備金屬富勒烯時，加入金屬鎳會提高金屬富勒烯的產率，其中金屬鎳起到了催化劑的作用。但是金屬鎳在高溫加熱時會變成液態，從成型的碳棒中流失出來。而且到目前為止由于受到電極制備方法的限制，還沒有其它的催化劑得以應用。而多種催化劑的應用有助于提高金屬富勒烯的產率。

內嵌金屬富勒烯的宏量合成是富勒烯領域長期存在的難題，這一問題的解決可以使內嵌金屬富勒烯優異的物理化學性質得以應用，從而推動這一領域的發展。

因此，復合石墨電極的制備方法對合成材料的種類和產率及可行性至關重要，現有技術的復合電極制備方法，尤其是復合石墨電極的制造方法，可行性差、所能復合的材料少因而影響放電合成產物的種類，且制成的復合電極影響放電合成中的放電產物的產率，因此需要一種新的制備復合電極例如復合石墨碳棒的方法。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的復合電極制備方法所存在的復合進入電極的材料受到限制從而影響電弧放電的種類和產率的技術問題，提出一種復合電極的制備方法，以將更多種類的材料高效且均一的復合進入普通電極而制成復合電極。

本發明的目的還在于提供一種利用本發明復合電極制備方法所制備的復合電極。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種復合電極制備方法，所述復合電極制備方法包括步驟：步驟a、制備電極時通過燒結過程使所述電極具有微孔；步驟b、將填充物以一定濃度溶解在有機或無機溶劑中形成混合物；步驟c、密封具有所述混合物及所述電極的反應釜，加熱到所述混合物的超臨界溫度或超臨界溫度以上，使所述填充物在超臨界條件下擴散到所述微孔中；步驟d、冷卻所述反應釜到室溫，得到填充了所述填充物的復合電極。

本發明的復合電極制備方法，優選的，在步驟d中，還包括對完成填充后的所述電極進行真空干燥以使所述溶劑完全揮發的步驟。

本發明的復合電極制備方法，優選的，所述電極為石墨電極。

本發明的復合電極制備方法，優選的，所述填充物為硝酸釓和/或硝酸鎳。

本發明的復合電極制備方法，優選的，所述步驟c包括：步驟c1：加熱到所述混合物的超臨界溫度，保溫一定時間，使填充物在超臨界條件下擴散到所述電極的微孔中，填滿所述微孔；步驟c2：繼續升溫到所述填充物的反應溫度，經超臨界反應使所述微孔中形成金屬鎳和/或氧化釓。

本發明的復合電極制備方法，優選的，所述無機溶劑為水、二氧化碳或氨氣；所述有機溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇、甲醇溶劑或上述有機溶劑的混合溶劑。

本發明的復合電極制備方法，優選的，在步驟a中，包括800攝氏度和2000攝氏度的兩次燒結過程。