[發明專利]一種碳納米管的制備方法

有效

• 申請號: 201310031582.5
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103011134A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張佳楠;魏俊頤;王首培;于華楠;許群
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 田小伍;張智偉

技術領域

本發明屬于納米碳材料制備技術領域，具體公開了一種碳納米管的制備方法。

背景技術

納米碳材料因其多種多樣的形態，良好的催化、吸附和電性能，受到眾多研究人員的重視。到目前為止，納米碳材料已經被成功的應用在納米電子設備、儲能器件和催化劑載體等眾多領域。在納米碳材料的大家庭中，碳納米管是中空結構材料中的一個重要分支，相對其它類型中空納米結構（如空心球、空心膠囊等），納米管具有自身的優勢，如物理性能隨直徑和長度的變化而變化、長徑比大有利于物質傳輸、內部空腔體積較大可作為納米微反應器。利用這些特殊性質，納米管可以作為電子器件材料、藥物載體、催化劑載體、吸附材料等等，在催化、生物醫學及化工領域有著誘人的應用前景[Feng?X.?J.，et?al.，?J.?Mater.?Chem.，?2011，?21，13429；Liu?Z.，et?al.,?Angew?Chem.?Int.?Ed.，2007，?46，2023]。到目前為止，人們已經發展了許多技術路線來制備碳納米管，例如：電弧法、激光蒸發法、等離子體聚合法、氣相化學沉淀法（CVD）、模板法、原位聚合法、自組裝技術等多種方法[Dai,?H.?J.?Acc.?Chem.?Res.?2002,?35,?1035]。

模板法因其可控性和簡易性，引起人們的興趣。模板法根據利用模板的內部/外部結構的不同分為兩大類。首先，是外模板法即，在多孔材料的內部合成碳納米管，然后將外面的多孔材料除去。Tang和Kobayashi的課題組就成功地利用微孔材料（AlPO-5）和介孔材料（SBA-15）合成了CNTs?[Wang?N.,?et?al.,?Nature,?2000,?408,?50;?Kobayashi?K.,?et?al.,?Carbon,?2011,?49,?5173]。?Rodrigue課題組則是利用嵌段共聚物和碳水化合物在氧化鋁模板的孔道內合成了具有納米孔的碳納米管?[Rodriguez?A.?T.,?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2006,?128,?9276]。?雖然外模板法已經發展的很成熟，但是由于其反應條件通常較為苛刻，阻礙了其進一步的發展和利用。第二種方法就是內模板法，即利用模板外部形貌合成碳納米管的方法。通常是先合成金屬/碳材料的共軸纜，然后將中間金屬部分刻蝕掉，從而得到碳納米管。然而該方法也存在這種種缺陷，例如核、殼層材料的不相容性往往要求核材料表面功能化才能完成殼層的包覆，另外殼層厚度不能有效地控制從而限制了應用。因此，尋找合成工藝簡單、結構可控的高品質碳納米管的制備方法面臨著一個重要挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳納米管的制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種碳納米管的制備方法，所述方法按照以下步驟進行：

（1）制備酚醛樹脂包覆銀納米纜：制備酚醛樹脂包覆銀納米纜：將銀納米線和酚醛樹脂前驅體加入由2~10ml?95v%以上乙醇、10~20μL濃氨水（指市售質量濃度25~28%的氨水）和2~10ml水組成的混合溶液中，先超聲反應，隨后再在水熱條件100~160℃下反應12~48h，最后分離反應液獲得沉淀物，洗滌、干燥獲得酚醛樹脂包覆銀納米纜；

（2）制備碳納米管：將步驟（1）獲得的酚醛樹脂包覆銀納米纜，在惰性氣體氛圍下進行炭化；將炭化樣品置于硝酸溶液中刻蝕銀內核，分離獲得沉淀物，洗滌、干燥，即得到碳納米管。

所述酚醛樹脂前驅體系指能夠反應生成酚醛樹脂的原料，比如苯酚和甲醛、對苯二酚和甲醛、間苯二酚和甲醛等。本發明優選間苯二酚和甲醛，其中間苯二酚和甲醛的物質的量比符合化學計量理論比或甲醛在理論比基礎上過量。

進一步，本發明主要是利用酚醛樹脂對銀納米線進行包覆，因此對酚醛樹脂和銀納米線的配比無特別要求。優選地，以物質的量比計，間苯二酚:甲醛=1:2，間苯二酚：銀納米線=1:（1~8）。

進一步，超聲反應時間控制在5~120min，更優選30~60min。

硝酸主要用于刻蝕銀內核，對其濃度亦無特別要求，優選硝酸濃度在1~3mol/L。

進一步，炭化溫度為550~850℃，時間為60~120min。

較好地，惰性氣體為氬氣或氮氣，惰性氣體的流量為50~100?sccm。

較好地，炭化時，升溫速率為0.5~1℃/min。

更好地，步驟（2）中，分離后獲得的硝酸銀濾液還可以進一步回收得單質銀。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：