[發明專利]樹杈狀碳納米管材料的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 201811344044.0
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109384217A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 何丹農;王敬鋒;徐少洪;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開了具有樹杈狀碳納米管材料的制備方法，利用沸石分子篩發達的三維孔道和貴金屬的催化作用，通過化學氣相沉積法分解甲烷氣體成碳，并使相鄰孔道內的碳納米管金屬帽結合在一起，形成特殊的樹杈狀碳納米管材料。包括分子篩的預處理、貴金屬/分子篩催化劑的制備和樹杈狀碳納米管的制備。本發明可以制備出單壁或者多壁碳納米管，在一維納米材料的開發中有著廣泛地應用前景。

技術領域

本發明涉及碳材料的技術領域，具體公開一種樹杈狀碳納米管材料的制備方法及其產品和應用。

背景技術

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它主要由sp²雜化碳原子構成，可以被看成是由單層或者多層石墨面按照一定的晶體學矢量方向卷繞而成的無縫管，兩端各有半個富勒烯分子封端。根據管壁結構的不同，碳納米管可以分為單壁或者多壁同軸管，具體可細化為幾層到數十層不等，層與層之間保持固定的距離約為0.34 nm左右，直徑約為2~20nm。由于管壁高度π電子離域化，碳納米管在光電轉換、儲能催化、氣敏傳感、仿生醫藥等技術領域都有很多潛在的應用；另外，在微電子領域，也是碳納米管潛在應用的重要舞臺。碳納米管的制備方法多種多樣，常規碳納米管的制備方法包括激光蒸發法、電弧放電法和化學氣相沉積法等，且生產方法仍在不斷地發展中；生成的碳納米管外形多為直線型。由于制備方法和制備工藝的不同，碳納米管的外形也呈現L、T、Y 型，所有這些結構的出現多是由于碳六邊形網格中引入了五邊形和七邊形缺陷所致。

對于樹杈狀碳納米管材料，大多由Y型碳納米管構成，將不同直徑的Y型碳納米管的頂部端點帽結合在一起，可以形成樹杈狀材料。他們一般使用是使用貴金屬Pd催化劑制備，通常使用多孔Si層、鎢片通常作為制備碳納米管的載體。Chan 等人在《Thin SolidFilms》（2003, 423, 27-32.）報道，使用微波等離子體增強技術，利用化學氣相沉積可制備出交聯的Y型碳納米管；Takenaka 等人在《Journal of Catalysis》（2003, 220, 468-477.）報道，利用Pt-Ni催化劑可以分解甲烷得到碳納米管纖維。 碳納米管生長機理屬于頂部生長機理, 隨著納米管的生長, 相鄰的兩個金屬帽在反應條件下接合在一起，進而形成新的活性金屬顆粒促使碳納米管繼續生長。縱觀這些報道，這些制備方法為了將金屬帽結合在一起，工藝條件控制非常苛刻，通常會采用等離子體等一系列先進制備手段。因此，開發一種簡單易成的樹杈狀碳納米管材料的制備方法勢在必行。

沸石分子篩（Zeolite）材料是結晶態的微孔無機化合物，屬于硅氧四面體和鋁氧四面體構成的發達三維孔道結構。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種樹杈狀碳納米管材料的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的樹杈狀碳納米管材料產品。

本發明的又一目的在于：提供一種上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：一種樹杈狀碳納米管材料的制備方法，其特征在于，將沸石分子篩發達的三維孔道作為樹杈狀碳納米管限域生長的模板劑，利用貴金屬顆粒作為催化劑，通過化學氣相沉積法得到樹杈狀碳納米管材料，包括步驟如下：

a、分子篩的預處理：將分子篩在氧氣條件下煅燒4小時，即得到脫除孔道中有機模板劑的分子篩材料，煅燒溫度控制為773~923 K之間；

b、貴金屬/分子篩催化劑的制備：將分子篩浸漬在一定量的貴金屬鹽酸溶液中，貴金屬顆粒與分子篩的質量比為1%~5%，攪拌均勻后，轉移到旋轉蒸發儀中，353 K下將溶劑水蒸發掉，得到固體產物；將固體產物在383 K下干燥12小時，873 K下焙燒3小時，最后將得到的粉末壓片成型、破碎和篩分，得到40~60 目貴金屬負載的分子篩材料；