[發明專利]一種碳納米管與氧化亞銅復合粉體的制備方法

在審

• 申請號: 201710001570.6
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106807373A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 鮑瑞;毛帥;易健宏;李才巨;劉意春;陶靜梅;李鳳仙;游昕;談松林
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J37/34
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明公開了一種碳納米管與氧化亞銅復合粉體的制備方法，屬于復合材料制備領域。

背景技術

氧化亞銅是一種p型半導體，禁帶寬度在2.0-2.2電子伏特，具有良好的光吸收特性和光電性能，是一種極具潛力的光催化劑，此外，納米氧化亞銅在太陽能電池、海水防腐涂料、磁性材料、氣敏材料、光學儀器、鋰離子電池、生物抑菌劑等領域具有非常廣闊的應用前景。但是，眾所周知，氧化亞銅化學性質不穩定，容易被氧化，此外，由于氧化亞銅內部產生的光生電子空穴在傳輸過程中極易復合，嚴重影響其光催化效果。而碳納米管(CNTs)在具有良好導電性能的同時，還具有碳材料所具有的穩定性，因此可以作為納米氧化亞銅的載體，為納米氧化亞銅性能的發揮提供場所。其實，碳納米管是一種類似石墨結構的六邊形網格卷繞而成的、兩端為半球形端帽、具有典型層狀中空結構的材料。研究表明，CNTs的密度只有鋼的1／6，強度卻是鋼的100倍，模量可達1.8TPa，其超強的力學性能、超大的長徑比(一般大于1000)、極好的化學和熱穩定性、良好的光電性能，使其生物傳感器、儲氫容器、超容量電容器、機電激勵器、結構增強材料等方面的具有廣泛的應用前景；由此可見，將納米氧化亞銅附著在碳納米管的表面不僅有利于電子的傳導，更有利于氧化亞銅保持穩定。

但是，在納米氧化亞銅和碳納米管復合粉體的制備過程中，會遇到碳納米管長徑比高和密度小的特點，造成復合粉體中碳納米管的團聚和氧化亞銅的偏聚，而且碳納米管表面與氧化亞銅的潤濕性不好，難以形成氧化亞銅對碳納米管的有效包覆。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳納米管與氧化亞銅復合粉體的制備方法，該方法將噴霧熱解制備復合粉體的優勢與碳納米管的表面處理相結合，將處理后具有表面均勻分布缺陷的碳納米管配置成水分散液，與銅鹽溶液一起進行噴霧，然后精確控制銅鹽的分解溫度和兩種霧化液滴之間的互相碰撞，讓氧化物顆粒均勻的在碳納米管表面的缺陷處析出，從而制備出催化效果優異的串珠狀氧化亞銅串聯包覆碳納米管納米復合粉體；將碳納米管表面的缺陷與氧化亞銅的形核點有效的結合到一起。

具體包括以下步驟：

（1）將高溫純化處理后的碳納米管放入酸溶液中攪拌浸泡，洗滌、干燥后得到表面處理后的碳納米管；

（2）將步驟（1）得到的碳納米管分散到去離子水中，其中，碳納米管的質量百分比濃度為0.10wt.%-20.0wt.%，同時配制任意濃度的銅鹽溶液，將兩種溶液分別置于超聲霧化裝置中；

（3）打開加熱爐將爐腔的溫度升高250-600℃，然后將兩種不同的溶液超聲霧化成細小的液滴，并同時通入到已經加熱并保溫的腔體中，收集沉積到爐體的端口或者中間的粉體得到最終的復合粉體。

優選的，本發明步驟（1）中高溫純化處理的條件為：放到高溫爐（可以是真空燒結爐、熱處理爐，也可以是通入保護氣氛的燒結爐）中在2200-3000℃下保溫1-2小時。

優選的，本發明步驟（1）中攪拌浸泡的時間為0.5-24h。

優選的，本發明所述酸溶液為市售濃硫酸、濃硝酸，或者兩者按任意比例混合得到的混合酸。

優選的，本發明所述的銅鹽溶液為可溶性的銅鹽，可以是硝酸銅、硫酸銅或氯化銅等無機銅鹽，也可以是醋酸銅、油酸銅、硬脂酸銅或醇亞銅等有機銅鹽。

本發明所述的碳納米管為雙壁碳納米管或者多壁碳納米管，可以是任意純度的碳納米管原料。

本發明所述的加熱爐，既可以是傳統的熱傳導加熱爐，如電阻絲加熱、煤氣加熱等；也可以是感應加熱爐，如微波加熱爐、電磁感應加熱爐等。

本發明所述的超聲霧化裝置可以調節霧化功率控制霧化量（大于0.1 升/時），也可以通過控制兩個霧化裝置的霧化液滴流量來對復合粉體中碳納米管和氧化亞銅的含量進行調控。

本發明所具有的優點和有益效果：

（1）本發明所述的制備碳納米管氧化亞銅納米復合粉體的方法，安全可靠，工藝簡單，產量高，易于實現規模化生產。

（2）本發明方法所制備的碳納米管氧化亞銅納米復合粉體中，碳納米管和氧化亞銅之間的結合緊密，粒度分布均勻。

（3）本發明所述所制備的氧化亞銅顆粒非常細小，屬于納米數量級；并且氧化亞銅均勻串聯包覆在碳納米管的表面上，形成串珠狀，納米氧化亞銅和碳納米管之間的結合非常好；此外，由于超聲霧化液滴非常細小，在高溫下以每個單獨的液滴發生干燥、分解、形核和長大、燒結的過程，因此難以發生二次團聚，復合粉體的粒度分布均勻。

附圖說明

圖1復合粉末的XRD衍射圖譜。