[發明專利]內嵌銅納米顆粒的定向碳納米管的電化學制備方法

有效

• 申請號: 201810886119.1
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN110804750B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 胡艷;魏海;葉迎華;沈瑞琪
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25D5/54;C25D7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種內嵌銅納米顆粒的定向碳納米管的電化學制備方法。所述方法以孔道內壁沉積碳納米管的多孔氧化鋁為陰極，鉑絲電極為陽極，通過電化學沉積法并借助化學添加劑硫脲和聚乙烯吡咯烷酮的輔助作用在定向碳納米管的中空管腔內沉積納米銅顆粒，將銅納米顆粒均勻內嵌在碳納米管中空管腔內。本發明方法不僅提高了銅納米顆粒在定向碳納米管中空管腔內的沉積密度，也避免了銅納米顆粒發生團聚。

技術領域

本發明涉及一種內嵌銅納米顆粒的定向碳納米管的電化學制備方法，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

金屬納米材料具有很好的導電性、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應以及較高的表面化學活性，有著極大的應用價值。金屬納米材料的制備方法有機械粉碎法、蒸發凝聚法水熱合成法、噴霧熱解法、沉淀法等。V. Pelletier等人先通過CVD法將碳納米管沉積在多孔氧化鋁孔道中，再將CuO膠體溶液逐滴滴在氣相沉積碳納米管的多孔氧化鋁表面，使CuO納米顆粒進入碳納米管中，去除多孔氧化鋁后再通過氫氣還原CuO為Cu納米顆粒，最后疊氮化銅填充在碳納米管中，利用碳納米管的性能降低疊氮化銅的感度，但逐滴滴加CuO納米顆粒膠體溶液,不僅耗費時間，而且工藝繁瑣，同時，碳納米管內還原制備的銅納米顆粒密度分布很低（Pelletier V, Bhattacharyya S, Knoke I, et al. Copper Azide ConfinedInside Templated Carbon Nanotubes[J]. Advanced Functional Materials, 2010, 20(18):3168–3174.）。

電化學沉積過程中，在電解液中加入特定的添加劑會對其反應動力學特征造成顯著的影響。張杰等人研究添加劑對電沉積鋅粉結構和形貌的影響，在電解液中同時加入聚乙烯吡咯烷酮和乙二胺四乙酸時，可以制得分散性好、粒度均勻、形貌好的鋅粉（張杰, 戴亞堂, 張歡,等. 添加劑對電沉積鋅粉結構和形貌的影響[J]. 武漢理工大學學報, 2012,34(2):17-21.）。Ching An Huang等人通過在酸性銅-硫酸鹽電解液中加入硫脲，對電鍍銅電沉積行為及微觀結構進行研究，發現添加少量硫脲可以使銅晶粒細化，抑制銅晶粒的生長（Huang C A, Chang J H, Hsu F Y, et al. Electropolishingbehaviour andmicrostructures of copper deposits electroplated in an acidic copper-sulphuric bath with different thiourea contents[J]. Surface CoatingsTechnology, 2014, 238(2):87-92.）。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內嵌銅納米顆粒的定向碳納米管的電化學制備方法。該方法利用電化學沉積并借助化學添加劑的輔助作用，將銅納米顆粒均勻內嵌在碳納米管中空管腔內。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

內嵌銅納米顆粒的定向碳納米管的電化學制備方法，具體步驟如下：

以孔道內壁沉積碳納米管的多孔氧化鋁為陰極，鉑絲電極為陽極，通過電化學沉積法在定向碳納米管的中空管腔內沉積納米銅顆粒，硫酸銅電解液中加入10~15mg/L硫脲和0.1~0.5g/L聚乙烯吡咯烷酮，設置電流密度為0.1~0.5mA，沉積時間為1~3h，沉積結束后，水洗，除去多孔氧化鋁模板，制得內嵌銅納米顆粒的中空碳納米管。

優選地，所述的電解液為25g/L的硼酸和20g/L的硫酸銅的混合液。

所述的多孔氧化鋁模板的去除可以通過將電化學沉積材料置于磷酸或者氫氧化鈉溶液中除去多孔氧化鋁模板，優選地，磷酸溶液的濃度為10wt%，氫氧化鈉溶液的濃度為6mol/L。

與現有技術相比，本發明的優點是：