[發明專利]金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法和裝置

無效

• 申請號: 201310016490.X
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103043653A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張珽;陳紹樞;王學文;劉冬薇;李光輝;劉瑞;熊作平
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本申請涉及一種金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法和裝置。

背景技術

由于碳納米管具有獨特的電學性能、大的比表面積、高的機械強度、好的熱穩定性和化學穩定性，使其在諸如作為透明導電電極、作為催化劑載體和柔性透明電子器件等領域有著潛在的應用。純的本征碳納米管的直徑、管壁數目、卷曲方向、手性、納米管的表面缺陷等因素對碳納米管的物理和化學性能有重要影響，例如，多壁或少壁碳納米管相對單壁碳納米管具有較差的透光率；單壁碳納米管根據卷曲方向和直徑的不同可分別具有金屬性和半導體性；碳納米管的表面缺陷對其電導率有重要作用。

近年來，研究者發現，采用不同材料對碳納米管進行功能化修飾可豐富碳納米管的性能，并進一步拓寬其應用領域。例如，通過雜原子參雜、聚合物復合、及貴金屬和金屬氧化物復合功能化后，能夠顯著地提高其作為傳感器敏感材料對待測氣體分子的靈敏度、選擇性、響應速度等氣敏性能。目前為止，人們已經采用化學氣相沉積法(CVD)、水熱法、溶劑熱法、電化學法、無電沉積法等方法實現了對碳納米管的功能化。然而，在這些方法中，CVD法需要較高的反應溫度，且所得產物產率較低；水熱法則需要高壓的反應環境；電化學法只能實現對電極薄膜材料的功能化而不能形成大批量的功能化溶液；無電沉積法則受碳管本征電極電勢的影響只能實現極少部分金屬納米粒子的功能化過程。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法和裝置，利用該裝置和方法產量高。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法，在0~100℃的溫度條件下，將陰極和由待功能化的Cu組成的陽極一起插入含有一定濃度的碳納米管分散液的電解液中，并在陰極和陽極上加載0~220V的工作電壓，同時伴以攪拌，反應一段時間后，電解液中的碳納米管會被陽極上的Cu以納米粒子的形式功能化，從而獲得由金屬納米顆粒功能化的碳納米管溶液。

在上述的金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法中，所述碳納米管分散液的濃度為0.0035-0.035mg/ml。

優選的，所述碳納米管分散液中的碳納米管為單壁碳納米管、少壁碳納米管和多壁碳納米管中的任意一種或多種的組合。

在上述的金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法中，所述電解液中還含有表面活性劑。

優選的，所述表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的任意一種或兩種的組合。

優選的，所述表面活性劑的濃度為1-10mg/ml。

在上述的金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法中，所述電解液中還含有NH₄Cl溶液。

優選的，所述NH₄Cl溶液的濃度為0.01-0.4mmol/ml。

在上述的金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法中，所述的反應時間為5~90min。

本申請還公開了一種用以制備上述金屬納米顆粒功能化碳納米管的裝置，所述裝置包括用以容納電解液的電解槽以及位于所述電解槽內且相對設置的陰極和陽極，所述陰極和陽極之間電性連接有電源。

優選的，所述陰極和陽極之間的距離為1-4cm。

本申請還公開了一種金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備方法，在0~100℃的溫度條件下，將陰極和由待功能化的金屬組成的陽極一起插入含有一定濃度的碳納米管分散液的電解液中，并在陰極和陽極上加載0~220V的工作電壓，同時伴以攪拌，反應一段時間后，電解液中的碳納米管會被陽極上的金屬以納米粒子的形式功能化，從而獲得由金屬納米顆粒功能化的碳納米管溶液。

所述的金屬陽極可以是Ni、Cu、Fe、Sn等金屬。

與現有技術相比，本發明的優點在于：可以實現大批量的制備，產量高，且反應溫度為室溫，小于100℃均可。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發明具體實施例中金屬納米顆粒功能化碳納米管的制備裝置；

圖2所示為本發明第一實施例中制備的Ni納米顆粒功能化單壁碳納米管的SEM照片；

圖3所示為本發明第二實施例中制備的Cu納米顆粒功能化單壁碳納米管的SEM照片（左）和EDS圖譜（右）；