[發明專利]碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料及其制備和應用

在審

• 申請號: 202110641217.0
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113422012A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 楊秋合;袁永鋒
• 申請（專利權）人: 杭州職業技術學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 高佳逸;胡紅娟

1.一種碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料，其特征在于，所述碳納米管中管是以碳納米管為內管、非晶態碳納米管為外管所形成的外管套內管的管中管結構；所述四氧化三錳納米顆粒緊密耦合于內、外碳納米管的內、外表面上。

2.根據權利要求1所述的碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料，其特征在于，所述碳納米管中管的內管外徑10-100nm，壁厚2-30nm，外管外徑30-300nm，壁厚2-30nm；

所述四氧化三錳納米顆粒的粒徑為2-50nm。

3.根據權利要求1或2所述的碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料，其特征在于，所述碳納米管中管的外管由單寧酸碳化形成。

4.根據權利要求1～3任一權利要求所述的碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟：

(1)將120mg Zn(NO₃)₂·6H₂O溶于10ml甲醇中；將325mg 2-甲基咪唑溶解在另外的10ml甲醇中，并將20mg酸化后的CNTs進一步分散在此溶液中；將上述兩種溶液攪拌混合，進一步攪拌10min，將混合后的溶液倒入50mL特氟龍高壓釜內，將高壓釜加熱至90℃保溫6h，冷卻至室溫后離心分離產物，用甲醇清洗3次，80℃干燥，得到ZIF-8@CNTs；

(2)將50mg ZIF-8@CNTs加入到25ml乙醇中，得到ZIF-8@CNTs溶液；然后將溶解了50mg單寧酸的25ml水溶液加入到ZIF-8@CNTs溶液中，攪拌5min后分離產物，反復洗滌，80℃干燥，將產物置于管式爐內，在氬氣下，加熱到600℃保溫2h，升溫速率1-5℃min^-1；然后，將碳化產物浸入0.2M HCl溶液中2h去除殘留鋅，離心分離產物，去離子水洗滌，80℃干燥，得到碳納米管中管；

(3)將15mg碳納米管中管超聲分散于30ml去離子水中30min，然后在攪拌下加入170mgKMnO₄和160mg Na₂SO₄，溫度控制在10-60℃，反應5h后，離心分離產物，去離子水洗滌，80℃干燥，得到碳納米管中管@MnO₂納米片；

(4)將50mg碳納米管中管@MnO₂納米片置于管式爐，通入氬氣，加熱到250-450℃，保溫2h，升溫速率1-5℃min^-1，得到所述碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，CNTs的外徑30-50nm，壁厚7-10nm。

6.根據權利要求1～3任一權利要求所述的碳納米管中管@四氧化三錳納米顆粒復合材料在制備水系鋅離子電池正極中的應用。