[發明專利]一種毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線氣敏材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011356544.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112578002A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王潤卉;金祺;周寧;蔣銳;吳進明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開一種毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線氣敏材料及其制備方法。碳納米管作為載體表面放射狀生長有二氧化鈦納米線陣列，材料形貌獨特，呈毛刷狀，其制備步驟包括：將碳納米管分散在異丙醇中，添加四氟化鈦酸性水溶液，反應清洗干燥后進行熱處理；將得到的粉末分散在由雙氧水、硝酸、三聚氰胺組成的反應液中，加入過量的海綿鈦或金屬鈦作為鈦源，80℃反應6～24小時，清洗干燥后于450℃熱處理即得到核殼結構碳納米管@二氧化鈦納米線。該方法不涉及高溫高壓設備，簡單易行，且氣敏性能測試結果表明，該材料氣敏性能顯著優于碳納米管@二氧化鈦納米顆粒。

技術領域

本發明涉及一種毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線氣敏材料及其制備方法，適用于氣體檢測，屬于特殊形貌材料制備技術領域。

背景技術

碳納米管因其獨特的結構帶來優異的力學性能、吸附性能、電學性能等，在分子電器件、儲氫儲能材料、氣敏材料等眾多領域有著重要應用。碳納米管復合其他功能材料，可以顯著提升功能材料性能，在上述領域得到廣泛關注。

二氧化鈦作為一種來源廣泛、環境友好、化學穩定性優良的金屬氧化物，在光催化、新能源、氣敏等領域都有著廣泛應用。因此，有研究者致力于碳納米管和二氧化鈦的復合，如南京大學申請的發明專利“一種Pd/TiO₂@CNT催化劑及其制備方法”(CN102744058A)中公開了一種以碳納米管和改性TiO₂納米顆粒的復合粉體為載體，負載Pd納米顆粒的方法，制得的催化劑具有高且穩定的電化學氧化還原活性。中國發明專利“一種多壁碳納米管負載二氧化鈦催化劑的制備方法”(CN101966449A)中公開了一種通過溶劑熱-水熱法聯合法，將二氧化鈦均勻負載在碳納米管表面的技術。中國發明專利“化學法合成碳納米管/二氧化鈦復合多孔填料”(CN104150459A)中公開了一種通過制備鈦前驅體溶液、超濾、涂覆、退火處理合成碳納米管復合二氧化鈦多孔填料的技術，用于傳感、催化、光電等領域。蘭州大學的夏相品制備出了二氧化鈦涂覆的鐵填充碳納米管復合材料，其光催化降解速率約為純二氧化鈦的3倍(夏相品.二氧化鈦涂覆碳納米管的制備、磁性和光催化活性的研究[D].蘭州大學,2017.)。天津大學的高紅旭制備出的碳納米管/二氧化鈦復合膜，其結構特點是二氧化鈦顆粒鑲嵌在碳納米管表面，具有優異的電化學性能(高紅旭.碳納米管(CNTs)作為鋰離子電池負極和導電劑的應用[D].天津大學,2014.)。北京科技大學的王環穎采用溶膠-凝膠法制備得到了在碳納米管表面均勻沉積二氧化鈦納米顆粒的復合材料，其具有超過單一二氧化鈦或碳納米管材料的催化活性(有色金屬科學與工程,2019,10(05):75-84)。

與上述研究類似，目前報道的有關碳納米管復合二氧化鈦的技術集中于碳納米管與二氧化鈦納米顆粒的復合。與零維納米顆粒相比，一維納米線具有較大長徑比和定向傳遞載流子的特性，更適合于光催化、氣敏等依賴于載流子快速遷移的應用領域。因此，亟待發明一種碳納米管復合二氧化鈦納米線的制備技術。

本課題組基于低溫開放體系下的鈦-雙氧水反應體系，實現了鈦片(CN101508463)、不銹鋼(CN111155086A、CN103566915A)、高聚物(CN105463828A、CN107715699A)、碳纖維布(CN103566917A)、玻璃纖維(CN103566914A)等宏觀襯底材料上二氧化鈦納米線的生長。本發明通過系列探索，克服了碳納米管作為基體的單分散性差、籽晶層制備工藝復雜等技術難題，成功實現了形貌均勻的毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線的制備，并獲得理想的氣敏性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線氣敏材料及其制備方法。

一種毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線氣敏材料，是在碳納米管表面放射狀生長有二氧化鈦納米線，形成以碳納米管為核二氧化鈦納米線為殼層的核殼結構，整體呈毛刷狀；其中，二氧化鈦納米線為銳鈦礦相和少量板鈦礦相；碳納米管的長度為10～30微米、直徑為5～15納米；復合二氧化鈦納米線后的直徑為2～4微米。

所述毛刷狀碳納米管@二氧化鈦納米線可用于乙醇氣體的檢測。