[發(fā)明專利]一種碳化硅納米管的電化學制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410737148.3
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN105714322B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 趙春榮;楊娟玉;盧世剛;于冰;余章龍;方升;王晗;王寧;齊小鵬
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權代理有限公司11100
• 代理人: 劉秀青,熊國裕

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳化硅納米管的電化學制備方法，屬于熔鹽電解技術領域。

背景技術

自從1991年碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的結構特征和優(yōu)異的力學、電學、光學特性，引起了世界各國科學家的廣泛關注，研究人員也不斷地探索其它一維管狀材料的合成方法和制備工藝。2002年，人們利用硅和碳納米管反應成功的合成出多壁碳化硅納米管，其層間距在0.38-0.45nm之間，明顯大于碳納米管的管壁間距(0.34nm)。通過研究碳化硅納米管的相關性質(zhì)，人們發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)遠優(yōu)于碳納米管。例如，碳納米管在氧化環(huán)境中，其長期使用溫度不宜超過600℃；當其應用于自組裝、生物、化學傳感器材料時，必須對其進行適當?shù)幕瘜W改性，但由于碳納米管由化學穩(wěn)定性高的石墨烯片層結構組成，導致對其進行表面或管外的化學修飾比較困難。碳化硅納米管在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，同時因為其外表面有很高的反應活性，其表面比較容易進行化學修飾。碳化硅納米管具有除碳納米管的大部分特性和應用外，還可能潛在應用于高溫惡劣環(huán)境下的納米電子器件、催化、吸附、儲能、隱身、復合材料等領域。因此，開發(fā)一種低成本大規(guī)模制備碳化硅納米管的技術十分重要。

目前，國內(nèi)外的科研工作者已經(jīng)開發(fā)出的碳化硅納米管制備方法主要有碳納米管化學轉(zhuǎn)化法、模板法、化學氣相沉積法、溶膠凝膠和碳熱還原法結合。Sun等人采用碳納米管為模板，與SiO粉末在1250℃反應40min制備出了層間距約0.35-0.45nm的多壁碳化硅納米管。(J.Am.Chem.Soc.，124，14464(2002))。T.Taguchi等人采用碳納米管為模板，與硅粉末在1200℃反應100小時合成單相碳化硅納米管(Physica E，28，431(2005))。G.Gautam等以單壁碳納米管為模板，制備了SiC納米材料，其中包括C涂層SiC納米棒、SiC納米管和SiC納米微晶等納米相(J.Mater.Chem.，12，1606(2002))。中國專利(授權公告號：CN100515942C)公開了采用多孔氧化鋁作為模板浸入到氫甲基硅油和乙烯基聚硅氧烷的混合溶液中，用酸去除氧化鋁模板得到聚硅氧烷納米管的前軀體，在惰性氣體保護下以升溫到1000-1700℃，然后恒溫0.5-10h，制備出高比表面碳化硅納米管。NASA Glenn Research Center聯(lián)合Rensselaer Polytechnic Institute采用化學氣相沉積法，分別制備了直徑約200nm的SiC納米竹和納米管(Adv.Mater.，12，1343(2000))。專利文獻CN100424011C公開了一種碳化硅納米管的化學氣相沉積制備方法，該方法選取純凈的石墨片為基板，以鐵、鈷或鎳的金屬有機化合物為催化劑，含硫有機化合物為助催化劑，氣源化合物為含Si-C鍵且可氣化的低分子有機化合物；氣相沉積溫度為800-1100℃，沉積時間0.8-1.5h，最后酸洗進行鈍化處理可得碳化硅納米管。專利文獻CN 101804981 A公開了一種中空結構碳化硅納米材料的方法，該方法以酚醛樹脂為碳源、水玻璃為硅源，制備成凝膠，在氬氣氣氛下，將干凝膠升溫至1200-1400℃，恒溫反應3-20小時，自然冷卻至室溫，得到初級反應產(chǎn)物；將初級反應產(chǎn)物在空氣中氧化，除去未反應的碳，再用混酸洗滌，最后經(jīng)水洗、過濾、烘干，即可得到碳化硅中空顆粒和納米管。

目前公布的采用碳納米管化學轉(zhuǎn)化法、模板法等制備碳化硅納米管，所制碳化硅納米管的形狀、大小及其分散性取決于碳納米管的形狀、大小及其分散性等因素。此外，該法合成溫度高(高于1200℃)，反應過程難于控制，工藝設備復雜，原料碳納米管的成本高，不易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

熔鹽電解是一種將某些金屬的鹽類熔融并作為電解質(zhì)進行電解的方法，主要用于提取和提純金屬。目前國內(nèi)外的科研工作者采用熔鹽電解工藝已經(jīng)成功的制備出了多種金屬、半導體及合金材料如Ti、Nb、Cr、Si、LaNi₅及Ti-Ni等。隨著熔鹽電解工藝的不斷發(fā)展，現(xiàn)在該方法也可以應用于碳化硅納米線、顆粒等的制備(無機化學學報，29(12)：2543-2548；CN103184465)。但至今為止還未見任何有關采用熔鹽電解法制備SiC納米管的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅納米管的電化學制備方法，原材料易得，工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，同時降低了制備溫度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：