[發(fā)明專(zhuān)利]一種氟化竹節(jié)狀碳納米管及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110049661.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112645309B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉美佳;劉文慧;王守娟;孔凡功;李勇;王猛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/16
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/16;C01B3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開(kāi)一種氟化竹節(jié)狀碳納米管的制備方法，包括：將過(guò)渡金屬鹽溶液加入2?甲基咪唑溶液中，攪拌均勻，離心收集紫色沉淀物，洗滌、干燥后得到固體粉末A；將氨基化合物加入到所述的過(guò)渡金屬鹽溶液中，形成混合溶液，加熱、攪拌，再加入固體粉末A，干燥后得到固體粉末B；將固體粉末B和含氟聚合物粉末混合、研磨，在氮?dú)鈿夥障蚂褵鋮s至室溫得到氟化竹節(jié)狀碳納米管。本發(fā)明還公開(kāi)了上述方法制備的氟化竹節(jié)狀碳納米管，碳納米管的直徑尺寸為50?200nm，管壁小于10個(gè)碳層。本發(fā)明還公開(kāi)了上述氟化竹節(jié)狀碳納米管在制備復(fù)合儲(chǔ)氫材料中的應(yīng)用。本發(fā)明公開(kāi)的氟化竹節(jié)狀碳納米管具有較高的催化儲(chǔ)氫和循環(huán)穩(wěn)定性的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種氟化竹節(jié)狀碳納米管及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳納米管是由碳原子組成的一種新型的碳納米材料，其獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)，高石墨化程度以及優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能引起科研人員的廣泛興趣，尤其是在電化學(xué)能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域被認(rèn)為具有廣闊的應(yīng)用前景。

碳納米管作為一種一維材料，直徑是碳納米管的一項(xiàng)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并有研究表明，隨著改變碳納米管的直徑可以顯著影響其電化學(xué)性能。其具有導(dǎo)電性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、質(zhì)量密度低、大比表面積和極大縱橫比等優(yōu)點(diǎn)，常用作于催化劑或催化劑載體。

目前常用的碳納米管合成方法是電弧放電法，激光消融法，化學(xué)氣相沉積法等，不僅儀器昂貴，而且有時(shí)采用氫氣作為反應(yīng)氣氛，有一定的危險(xiǎn)性。上述方法制備的碳納米管主要是多壁碳納米管，厚度一般大于30個(gè)碳層，比表面積較小，催化性能較差。

基于碳納米管的復(fù)合雜化結(jié)構(gòu)具有多種優(yōu)異的性能，因此在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，如使用碳納米管負(fù)載各種金屬催化劑顆粒形成復(fù)合雜化結(jié)構(gòu)可以提高催化劑顆粒的分散性而使其具有較高的催化活性。多種金屬顆粒如Pd、Au、Co和Fe等具有獨(dú)特的光電磁特性和催化效果，在碳納米管表面修飾上這些顆粒并將其特性與碳納米管的特性相結(jié)合獲得的復(fù)合雜化結(jié)構(gòu)，在電化學(xué)及催化領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

公開(kāi)號(hào)為CN110182759A的中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種竹節(jié)狀碳納米管負(fù)載MgH₂納米顆粒復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，包括:(1)、將竹節(jié)狀碳納米管與二丁基鎂的庚烷溶液混合，在惰性氣氛保護(hù)蒸干；(2)、將得到的樣品在氫氣和180～200℃溫度下反應(yīng)，得到竹節(jié)狀碳納米管負(fù)載MgH₂納米顆粒復(fù)合體系；(3)、將竹節(jié)狀碳納米管負(fù)載MgH₂納米顆粒復(fù)合體系施加高壓強(qiáng)，得到具有高儲(chǔ)氫密度的竹節(jié)狀碳納米管負(fù)載MgH₂納米顆粒復(fù)合儲(chǔ)氫材料。上述發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)的竹節(jié)狀碳納米管作為MgH₂限域載體，具有較高的復(fù)合材料負(fù)載率及儲(chǔ)氫性能，但循環(huán)穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種氟化竹節(jié)狀碳納米管的制備方法，制得的氟化竹節(jié)狀碳納米管具有優(yōu)良的吸/放氫催化性能以及較高的循環(huán)穩(wěn)定性。

一種氟化竹節(jié)狀碳納米管的制備方法，包括：

(1)分別將過(guò)渡金屬鹽和2-甲基咪唑溶于溶劑中，得到過(guò)渡金屬鹽溶液和2-甲基咪唑溶液，將過(guò)渡金屬鹽溶液滴入2-甲基咪唑溶液，在攪拌下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后離心收集沉淀物，經(jīng)洗滌、干燥后得到固體粉末A；

(2)將氨基化合物加入到所述的過(guò)渡金屬鹽溶液中，形成混合溶液，加熱、攪拌，再加入固體粉末A，反應(yīng)產(chǎn)物干燥后得到固體粉末B；

(3)將固體粉末B和含氟聚合物粉末混合、研磨，在氮?dú)鈿夥障蚂褵鋮s至室溫得到氟化竹節(jié)狀碳納米管。

過(guò)渡金屬鹽與2-甲基咪唑反應(yīng)得到金屬有機(jī)骨架為碳納米管提供碳源的同時(shí)直接控制碳納米管的直徑，加入雙氰胺，使得碳納米管原位摻雜大量的N，為形成直徑分布均勻的竹節(jié)狀形貌的碳納米管提供條件。