一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法。該方法過程包括：先制備納米多孔銅基體；將硝酸鎳和硝酸釔兩種溶液按照體積比進(jìn)行混合得到的混合溶液；將納米多孔銅基體與混合溶液浸漬混合獲得前驅(qū)體；經(jīng)過化學(xué)氣相沉積法制備得到螺旋碳納米纖維材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于；相比于其他方法，納米多孔銅不僅提供了較大的催化劑附著面積，而且自身發(fā)揮高的催化活性充當(dāng)主要的催化劑，一步催化反應(yīng)大量制備出質(zhì)量好純度高的螺旋碳納米纖維，而且具有工藝簡(jiǎn)單，易于控制，且成本低廉，環(huán)境友好和重現(xiàn)性較好的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。
【專利說明】一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法，屬于碳納米材料的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]螺旋形碳纖維自發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨(dú)特的螺旋特性受到廣泛關(guān)注。螺旋碳纖維是一種功能型碳纖維，具有耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、電熱傳導(dǎo)性、熱膨脹性低、耐摩擦、磨損低、密度低等一般碳纖維的優(yōu)異性能，然而特殊的螺旋形態(tài)和結(jié)構(gòu)使其還具有高彈性、耐沖擊性、吸波和儲(chǔ)氫等性能，廣泛應(yīng)用于電極材料、傳感器和能量?jī)?chǔ)存等領(lǐng)域。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于制備螺旋碳纖維的方法主要以化學(xué)氣相沉積法(CVD)為主，以低碳烴化合物為碳源，納米金屬Fe、N1、Cu、Au、Ag以及其合金粒子為催化劑在較低溫度下制備螺旋碳纖維。崔作林等在250°C裂解酒石酸銅IOmin得到納米銅粉為催化劑，然后在250-400°C之間催化乙炔制備出新型螺旋碳纖維。另外，又利用納米銅鎳合金為催化劑，乙炔為碳源制備出對(duì)稱生長(zhǎng)的螺旋納米纖維，制備催化劑過程需要真空條件或者借助氫電弧等離子法。目前的螺旋碳纖維還存在難以大量制備、制備過程可控性差、步驟繁瑣或成本較聞等技術(shù)缺陷問題。
[0004]經(jīng)過檢索尚未發(fā)現(xiàn)目前利用多孔金屬負(fù)載納米金屬粒子為催化劑大量制備螺旋碳納米纖維材料的報(bào)導(dǎo)論文或?qū)＠?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種在納米多孔銅(NPC)上負(fù)載Ni/Y納米粒子直接制備螺旋碳納米纖維材料的方法，該方法過程簡(jiǎn)單，可控性好、產(chǎn)量高。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法，其特征在于包括以下過程:
(1)將厚度為4(T50iim的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥，置于配制的0.025-0.25M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，置于去離子水中洗滌。然后放入真空干燥箱60-80°C干燥l_2h，制得納米多孔銅(NPC)；
(2)按鎳與釔的質(zhì)量比為(1-5):1，將硝酸鎳和硝酸釔加入去離子水中，配制0.001-0.01mol/L的硝酸鎳和硝酸釔的混合溶液；
(3)將步驟(1)制得的納米多孔銅置入步驟(2)的溶液中，浸潰6-12小時(shí)，經(jīng)過80-100°C干燥1-2小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在氬氣氛圍下以5-10°C /min升溫至400-450°C，恒溫煅燒1-2小時(shí)，然后以5-1 (TC /min升溫至500_600°C，以100ml/min流速通入氫氣還原反應(yīng)0.5-1小時(shí)，在納米多孔銅基體上負(fù)載Ni/Y催化劑；在200ml/min氬氣的保護(hù)下，以5-10ml/min的升溫速度升溫至600_800°C后，然后以240_300mL/min流速通入乙炔和氬氣的混合氣進(jìn)行催化裂解，其中乙炔和氬氣體積比為1:(20-40)，生長(zhǎng)0.2h-lh，然后在200ml/min氬氣氛圍下降至室溫，得到在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)的螺旋碳納米纖維。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:以納米多孔銅(NPC)為模板催化劑，結(jié)合Ni/Y納米粒子采用化學(xué)氣相沉積法一步催化合成螺旋碳納米纖維，相比于其他方法，納米多孔銅不僅提供了較大的催化劑附著面積，而且自身發(fā)揮高的催化活性充當(dāng)主要的催化劑，一步催化反應(yīng)大量制備出質(zhì)量好純度高的螺旋碳納米纖維，而且制備過程和設(shè)備簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)和推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為實(shí)施例一所制得的納米多孔金屬銅材料的SEM圖。
[0009]圖2為實(shí)施例一所制得的螺旋碳納米纖維的SEM圖。
[0010]圖3為實(shí)施例一所制得的螺旋碳納米纖維局部放大的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，這些實(shí)例只是用于說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明。
[0012]實(shí)施例一
將長(zhǎng)15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時(shí),然后以10°C /min升溫至6 00°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時(shí)，得到負(fù)載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體，在溫度600°C生長(zhǎng)lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長(zhǎng)出螺旋碳納米纖維。
[0013]本實(shí)施例得到的螺旋碳納米纖維材料，樣品經(jīng)SEM掃描圖分析，該螺旋碳纖維纖維直徑100-120nm、螺旋螺距180_200nm、螺旋直徑180_200nm。
[0014]實(shí)施例二
將長(zhǎng)15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取0.29g六水硝酸鎳和0.126g六水硝酸釔，配制成0.01mol/L的溶液，再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時(shí),然后以IO0C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時(shí)，得到負(fù)載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體,在溫度600°C生長(zhǎng)lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長(zhǎng)出螺旋碳納米纖維。
[0015]實(shí)施例三
將長(zhǎng)15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至450°C,恒溫煅燒1.5小時(shí),然后以10°C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時(shí)，得到負(fù)載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體，在溫度600°C生長(zhǎng)lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長(zhǎng)出螺旋碳納米纖維。
[0016]實(shí)施例四
將長(zhǎng)15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時(shí),然后以10°C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時(shí)，得到負(fù)載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。再以10°c /min升溫至700°C,然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔氬氣的混合氣體，生長(zhǎng)lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長(zhǎng)出螺旋碳納米纖維。
[0017]實(shí)施例五
將長(zhǎng)15mm、寬3mm、厚度 50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時(shí),然后以10°C /min升溫至500°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時(shí)，得到負(fù)載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。再以10°c /min升溫至600°C,然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔氬氣的混合氣體，生長(zhǎng)lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長(zhǎng)出螺旋碳納米纖維。
【權(quán)利要求】
1.一種在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)螺旋碳納米纖維的方法，其特征在于包括以下過程: (1)將厚度為4(T50iim的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥，置于配制的.0.025-0.25M稀鹽酸溶液中進(jìn)行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時(shí)取出樣品，置于去離子水中洗滌，然后放入真空干燥箱60-80°C干燥l_2h，制得納米多孔銅； (2)按鎳與釔的質(zhì)量比為(1-5):1，將硝酸鎳和硝酸釔加入去離子水中，配制.0.001-0.01mol/L的硝酸鎳和硝酸釔的混合溶液； (3)將步驟(1)制得的納米多孔銅置入步驟(2)的溶液中，浸潰6-12小時(shí)，經(jīng)過.80-100°C干燥1-2小時(shí)，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區(qū)，在氬氣氛圍下以5-10°C /min升溫至400-450°C，恒溫煅燒1-2小時(shí)，然后以5_10°C /min升溫至500_600°C，以100ml/min流速通入氫氣還原反應(yīng)0.5-1小時(shí)，在納米多孔銅基體上負(fù)載Ni/Y催化劑；在200ml/min氬氣的保護(hù)下，以5-10ml/min的升溫速度升溫至600_800°C后，然后以240_300mL/min流速通入乙炔和氬氣的混合氣進(jìn)行催化裂解，其中乙炔和氬氣體積比為1:(20-40)，生長(zhǎng).0.2h-lh，然后在200ml/min氬氣氛圍下降至室溫，得到在納米多孔銅上直接生長(zhǎng)的螺旋碳納米纖維。
【文檔編號(hào)】C23C16/02GK103526176SQ201310453577
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】趙乃勤, 張迪, 師春生, 康建立, 劉恩佐, 何春年 申請(qǐng)人:天津大學(xué)