[發明專利]一種多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011504029.5
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112599358B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 付建偉;武鵬超;王志威;王亞歡;于世超;馮夢玲
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;B82Y30/00;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 蔡艷

本發明屬于納米復合材料制備技術領域，具體涉及一種多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料的制備方法。所述制備方法包括以下步驟：1）將糖類、金屬硝酸鹽水合物Ⅰ和金屬硝酸鹽水合物Ⅱ溶解于去離子水中，然后于200?350℃下水熱反應20?120 min，反應結束得到蓬松的固體產物，碾壓成粉末得到負載雙金屬的模板碳納米片材料；2）將負載雙金屬的模板碳納米片材料在惰性氣氛下于600?1200℃碳化2?7 h，得到碳納米片內嵌合金納米晶復合材料，然后除去模板，經洗滌、干燥即得多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料。本發明采用在多孔碳納米片上原位內嵌Cu?M合金納米晶，制備步驟簡單、操作方便，對環境友好，利于工業化生產。

技術領域

本發明屬于納米復合材料制備技術領域，具體涉及一種多孔碳納米片內嵌Cu-M（M為Ni、Co、Fe或Mn）合金納米晶復合材料及其制備方法。

背景技術

在功能性納米復合材料的制備上，類石墨烯碳納米片被認為是一種非常理想的碳基體來負載各類納米顆粒，其中尤以負載各種金屬納米顆粒最為常用。目前，各種類型的金屬納米顆粒通過與類石墨烯碳納米片復合形成復合材料而廣泛應用在催化、儲能、傳感器和太陽能轉化等。一方面，類石墨烯碳納米片的引入除了可以提高復合材料的電導率，同時還可以有效阻止納米顆粒的團聚。另一方面，負載在類石墨烯上面的納米顆粒不僅可以賦予最終的復合材料各種功能，還可以阻礙類石墨烯碳納米片重疊，從而賦予該復合材料各種優異的性能。在中國專利CN 105562005 A報道了一種碳包裹Ni納米晶顆粒負載在石墨烯上的納米復合材料及其制備方法。該發明所使用的原料為石墨烯與雙（環戊二烯），其使用的原料價格昂貴，制作成本高，不適推廣使用。

目前，在類石墨烯納米片上負載雙金屬納米晶合金的復合材料報道較少，且不能大量制備，本發明采用了一種較為簡單的方法可以實現一種多孔碳納米片內嵌Cu-M合金納米晶（M為Ni、Co、Fe或Mn）的宏量制備，該方法步驟簡單，操作方便，成本低，對環境友好，利于工業化生產。

發明內容

為了克服現有技術中的問題，本發明提供了一種多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料，該復合材料將Cu與M（M為Ni、Co、Fe或Mn）形成的納米晶合金穩定內嵌于多孔碳基體中。

本發明還提供了上述復合材料的制備方法，該方法步驟簡單，操作方便，對環境友好，利于工業化生產。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將糖類、金屬硝酸鹽水合物Ⅰ和金屬硝酸鹽水合物Ⅱ溶解于去離子水中，然后于200-350 ℃下水熱反應20-120 min，反應結束得到蓬松的固體產物，碾壓成粉末得到負載雙金屬的模板碳納米片材料；其中，糖類、金屬硝酸鹽水合物Ⅰ和金屬硝酸鹽水合物Ⅱ的質量比為（0.1-2）:（0.5-2）:（0.5-2）；

2）將負載雙金屬的模板碳納米片材料在惰性氣氛下于600-1200 ℃碳化2-7 h，得到碳納米片內嵌合金納米晶復合材料，然后除去模板，經洗滌、干燥即得多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料。

優選的，步驟1）中所述糖類為α-乳糖、葡萄糖、麥芽糖和蔗糖中的一種或兩種以上的混合物。

優選的，步驟1）中所述金屬硝酸鹽水合物Ⅰ為三水合硝酸銅，金屬硝酸鹽水合物Ⅱ為六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷、九水硝酸鐵或六水合硝酸錳。

優選的，步驟2）中用酸溶液浸泡除去模板，所述酸溶液為濃度0.1M的稀鹽酸和/或0.1M的稀硝酸，浸泡時間為12-24 h。

采用上述方法制備得到的多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料。

所述多孔碳納米片內嵌合金納米晶復合材料在超級電容器和吸附染料中的應用。

和現有技術相比，本發明的有益效果是：