[發明專利]一種采用后退火處理的共濺射制備MWCNT@XY的方法及MWCNT@XY

有效

• 申請號: 201910190140.2
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109913851B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 埃澤爾·馬丁·阿金諾古;薛亞飛;邁克爾·吉爾森
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C14/34;C23C14/18;C23C14/06;C23C14/08;C23C28/04;C23C28/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

本發明涉及一種采用后退火處理的共濺射制備MWCNT@XY的方法及MWCNT@XY。所述方法包括如下步驟：S1：在玻碳載體上生長獨立、垂直排列的MWCNT陣列；S2：在MWCNT陣列上共濺射沉積得到涂層X’和Y’；S3：對S2共濺射得到的MWCNT陣列進行后退火處理即得所述MWCNT@XY。本發明通過共濺射在MWCNT陣列上沉積X’和Y’涂層，然后利用后退火處理，使得X’和Y’兩種材料遷移重結晶并混合，最終得到的MWCNT@XY涂層均勻，可廣泛應用于電催化、電分析、超級電容器和電池等領域。

技術領域

本發明屬于電化學領域，具體涉及一種采用后退火處理的共濺射制備MWCNT@XY的方法及MWCNT@XY。

背景技術

玻碳和碳納米管是用于電化學應用的碳材料。玻碳是一種惰性材料，但同時也是一種重要的活性電極材料，通常用作催化劑載體。碳納米管是一種納米級碳材料，具有優異的熱穩定性、化學穩定和機械性能。利用這兩種材料各自的優勢，即在玻碳上直接生長垂直有序排列的多壁碳納米管(MWCNT)，獲得的這種全碳電極可用作進一步的基礎電化學應用研究。為了實現這類應用，通常需要將活性物質X(金屬、半導體、或分子)均勻涂覆在整個電極的表面上，該涂層可有濺射沉積的方法得到。該結構是由垂直排列的MWCNT作為核心和具有電化學活性的殼層組成的復合結構。這樣結構的特征使得其比表面積增加，因此增強了整個材料的總電荷轉移動力學過程。當在光電化學應用中使用半導體作為活性材料時，這樣的結構可為光生電荷載體提供更短的擴散路徑，并提高光吸收(見圖1)。

獲得核殼材料的傳統方法是在懸浮液中用殼體涂覆核心材料，最終這樣的核殼材料會以無序方式固定在電極上。但是，由于各個納米復合材料的導電芯與電極沒有電接觸，因此導致殼材料與其界面存在一系列接觸電阻和固有電阻。為了實現塊體電極和納米復合材料核心之間良好的導電性，每個單獨的核心必須與塊體電極接觸，并且殼體應該在整個電極的表面具有納米級的涂覆。該納米級核心和塊體電極不僅需要高的導電性，而且必須具有良好機械穩定性的和電化學惰性，以防止產生相互作用而導致溶解和腐蝕。此前，已經開發出垂直排列的MWCNT和玻碳的全碳電極，其可用作催化劑載體并且可以用活性材料進行涂覆，這在電化學領域中同樣適用。通過研究發現這樣的活性材料“X”的涂層可以通過直接或反應濺射沉積來實現。然而，這需要濺射靶朝向基底法線方向，使得(1)濺射粒子可以穿透各個MWCNT之間的空隙以及(2)實現均勻沉積(見圖2和圖7，圖7中活性材料為Cu)。當靶材相對于基底成一定角度時，濺射粒子會被MWCNT遮擋，因此每個多壁碳納米管僅一側可被涂覆(見圖3)。目前為止，這種工藝僅局限于利用單靶濺射在涂覆材料于垂直排列的MWCNT電極上，因為實現多靶共濺時需要靶相對于基板成一定角度，此時得到的涂覆層不均勻。圖5是在MWCNT上進行Bi-V共沉積的掃描電鏡圖，可以看出在其兩側上有兩種不同的材料，(A)從頂部觀察和(B)橫截面。可知涂覆不均勻，一側富含V，另一側富含Bi。然而，對于大多數應用來說，需要均勻的涂層。

因此，開發一種通過共濺射的方法獲得均勻涂層的核殼材料具有重要的研究意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中共濺射法制備的核殼材料涂層不均勻的缺陷和不足，提供一種采用后退火處理的共濺射制備MWCNT@XY的方法。本發明通過共濺射在MWCNT陣列上沉積X’和Y’涂層，然后利用后退火處理，使得X’和Y’兩種材料遷移重結晶并混合，最終形成均勻的涂層；得到的MWCNT@XY涂層均勻，可廣泛應用于電催化、電分析、超級電容器和電池等領域。

本發明的另一目的在于提供一種MWCNT@XY。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種采用后退火處理的共濺射制備MWCNT@XY的方法，包括如下步驟：

S1：在玻碳載體上生長獨立、垂直排列的MWCNT陣列；

S2：在MWCNT陣列上共濺射沉積得到涂層X’和Y’；