專利名稱：一種碳納米管與金屬納米粒子復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種碳納米管與金屬納米粒子復合材料的制備方法。
背景技術：
碳納米管，又稱巴基管(buckytubes)，屬于富勒(fullerene)碳系。它是一種納米 尺度的，具有完整分子結構的新型碳材料。它是由碳原子形成的石墨片巻曲而成的無縫，中 空的管體。自1991年碳納米管(CNTs)被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，其優(yōu)異的結構和功能特性便引 起了相關學科研究人員的廣泛關注。 金屬納米粒子是指組分相在形態(tài)上被縮小至納米程度(5 lOOnm)的金屬顆粒。 其原子和電子結構不同于化學成分相同的金屬粒子。自德國Gleiter H于1984年首次制 備出6nm的鐵納米粒子以來，世界上對納米金屬的研究蓬勃開展，并取得了很大的進展；目 前金屬納米粒子、以及由其制備成的復合材料已在冶金、化工等諸多研究領域呈現(xiàn)出極其 重要的應用價值。 迄今，科研工作者對碳納米管金屬納米粒子復合材料進行了大量研究，研究表明， 碳納米管及其復合材料在納米生物技術、催化劑、納米技術、電子納米元件、尤其是燃料電 池方面等領域具有廣闊的應用前景。但由于碳納米管表面缺陷少、缺乏活性基團，表面呈惰 性，與金屬納米粒子結合力弱。目前處理方法主要采用有機基團對其進行功能化處理，對碳 納米管的破壞性較大，且會造成環(huán)境污染，選擇較為簡單、溫和的實驗條件，在室溫條件下， 利用綠色環(huán)保的催化劑材料實現(xiàn)碳納米管與金屬納米粒子牢固的界面結合，成為人們追求 的目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管與金屬納米粒子復合材料的制備方法，本發(fā)明 操作簡單，制備條件溫和、在室溫下反應、具有環(huán)境友好等特點，采用金屬氧化物或同多酸 或雜多酸做為催化劑，以碳納米管為載體，制備出的新型催化材料。 本發(fā)明的碳納米管與金屬納米粒子的復合材料，以重量計，采用以下方法制備而 成將表面官能化的碳納米管與0. 05 40%金屬化合物水溶液混合后與0. 1 40%的催 化劑溶液和還原劑混合，紫外燈下照射或將O. 1 40%的催化劑溶液和還原劑混合，紫外 燈下照射后再加入已混合好的表面官能化的碳納米管與0. 05 40%金屬化合物水溶液制得。 所述的碳納米管的表面官能化處理是用濃硝酸、濃硫酸或濃鹽酸中的一種或幾種 在100 20(TC的溫度下，回流24 72小時。 所述的0. 05 40%金屬化合物水溶液是包含Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ni、 Pd、 Fe、 Co、 Zn、 Ti、Ru、 Rh等的任何一種或幾種化合物，HAuCl4， AgN03、K2PtCl4. 、 CuCl2、NiC12、PdCl2、FeCl3、 Co (N03)2、ZnS04等。 所述的0. 1 40%催化劑為三氧化鉬、三氧化鎢、鉬酸、十聚鎢酸、硅鉬酸、硅鎢酸、磷鉬酸、磷鎢酸、中一種或多種的混合物以及他們的鈉、銨等鹽。 所述的還原劑是甲醇或乙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、二甘 油、十六烷二醇、聚乙烯醇等有機醇，甲酸或檸檬酸等有機酸，甲醛或乙醛等有機醛中的一 種或多種化合物。 以上所述的混合后一般可在紫外燈下光照1 60min。 以質(zhì)量比計，所述的已官能化碳納米管與金屬化合物混合比例為0.05-1 : 1。
以體積比計，所述的不同的金屬化合物溶液與催化劑溶液的混合比例為
0.05-1 : i。 以體積比計，所述的不同的還原劑與金屬化合物溶液的混合比例為0.05-1 : 1。
本發(fā)明的優(yōu)點在于用水作為溶劑，在室溫、紫外光照的條件下制備出碳納米管與
金屬納米粒子的復合材料，本發(fā)明操作簡單，具有制備條件溫和、環(huán)境友好等特點。


圖1 :碳納米管與銀納米粒子復合材料的透射電鏡照片
具體實施方法 下面實施例中所用的表面已官能化的碳納米管，用濃硝酸、濃硫酸或濃鹽酸中的 一種或幾種在100 20(TC的溫度下，回流24 72小時，使其表面帶有羧基和/或羰基和 /或羥基活性基團。
實施例一 將表面已官能化的碳納米管與0.08% AgN(^溶液混合比例為0. 1 : l再與O. 1% 的磷鎢酸溶液混合，混合比例為O. 1 : l，加入異丙醇，AgN03溶液與異丙醇的混合比例為 20 : 1，紫外燈下照射5min既可，其透射電鏡照片見附圖1。
實施例二 將表面已官能化的碳納米管與40% HAuCl4溶液混合比例為0.08 : 1再與10% 的三氧化鉬溶液混合，混合比例為0. 05 : 1，加入甲醇，HAuCl4溶液與甲醇的混合比例為 1 : 1，紫外燈下照射10min既可。
實施例三 將表面已官能化的碳納米管與35^Co(N0》2溶液混合混合比例為l : 1再與15% 的三氧化鎢溶液混合，混合比例為O. 3 : 1，加入丙三醇，&)(冊3)2溶液與丙三醇的混合比例 為5 : 1，紫外燈下照射2min既可。
實施例四 將表面已官能化的碳納米管與0. 1 % K2PtCl4溶液混合混合比例為0. 5 : 1再與 20%的鎢酸溶液混合，混合比例為0. 5 : 1，加入丁醇，K2PtCl4溶液與丁醇的混合比例為 20 : 1，紫外燈下照射20min既可。
實施例五 將表面已官能化的碳納米管與20% CuC^溶液混合，混合比例為0.3 : 1再與 35%的鉬酸鈉溶液混合，混合比例為0.2 : l，加入乙醛，CuC^溶液與乙醛的混合比例為 5 : 1，紫外燈下照射10min既可。
實施例六
將表面已官能化的碳納米管與5%附(:12溶液混合混合比例為0.8 : 1再與25%
的鉬酸銨溶液混合，混合比例為i : 1，加入檸檬酸，Nici2溶液與的混合比例為3 : i，紫外
燈下照射15min既可。
實施例七 將5%的硅鉬酸溶液，加入二甘醇，紫外燈下照射10min然后將混合比例為 0. 05 : 1已官能化的碳納米管與0. 1% FeCl3混合溶液加入既得，F(xiàn)eCl3溶液與硅鉬酸溶液 混合比例為0.08 : 1，F(xiàn)eCl3溶液與二甘醇的混合比例為15 : 1。
實施例八 將10%的十聚鎢酸溶液，加入乙二醇，紫外燈下照射30min然后將混合比例為 0.05 : 1已官能化的碳納米管與15XPd C^溶液混合加入既得，Pd C^溶液與十聚鎢酸
溶液混合比例為o.4 : i，Pd (:12溶液與乙二醇的混合比例為2 : i。 實施例九 將10 %的磷鉬酸溶液，加入甲酸，紫外燈下照射50min然后將混合比例為 0.05 : 1已官能化的碳納米管與15% ZnS(^溶液混合加入既得，ZnS04溶液與磷鉬酸溶液
混合比例為o. 15 : i， ZnS(^溶液與甲酸的混合比例為io : i。
權利要求
一種碳納米管與金屬納米粒子的復合材料的制備方法，以重量計，其特征在于將表面官能化的碳納米管與0.05～40％金屬化合物水溶液混合后與0.1～40％的催化劑溶液和還原劑混合，紫外燈下照射或將0.1～40％的催化劑溶液和還原劑混合，紫外燈下照射后再加入已混合好的表面官能化的碳納米管與0.05～40％金屬化合物水溶液制得。
2. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的碳納米管的表面官能化處理是用濃硝酸、濃硫酸或濃鹽酸中的一種或幾種在100 200°C的溫度下，回流24 72小時，使其表面帶有羧基和/或羰基和/或羥基活性基團。
3. 根據(jù)權利要求l所述的制備方法，其特征在于所述的0.05 40%金屬前軀體水溶液是包含Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ni、 Pd、 Fe、 Co、 Zn、 Ti、 Ru、 Rh等的任何一種或幾種水溶性金屬鹽或酸化合物，HAuCl4， AgN03、 K2PtCl4. 、 CuCl2、 NiCl2、 PdCl2、 FeCl3、 Co (N03) 2、 ZnS04等。
4. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的0. 1 40%催化劑為三氧化鉬、三氧化鎢、鉬酸、十聚鎢酸、硅鉬酸、硅鎢酸、磷鉬酸、磷鎢酸、中一種或多種的混合物以及他們的鈉、銨等鹽。
5. 根據(jù)權利要求l所述的制備方法，其特征在于所述的還原劑是甲醇或乙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、二甘油、十六烷二醇、聚乙烯醇等有機醇，甲酸或檸檬酸等有機酸，甲醛或乙醛等有機醛中的一種或多種化合物。
6. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的混合溶液在紫外燈下光照時間為1 60min。
7. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于以質(zhì)量比計，所述的已官能化碳納米管與金屬化合物混合比例為0.05-1 : 1。
8. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于以體積比計，所述的不同的金屬化合物溶液與催化劑溶液的混合比例為0.05-1 : 1。
9. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于以體積比計，所述的不同的還原劑與金屬化合物溶液的混合比例為0.05-1 : i。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管與金屬納米粒子的復合材料，以重量計，采用以下方法制備而成將表面官能化的碳納米管與0.05～40％金屬化合物水溶液混合后與0.1～40％催化劑溶液和還原劑混合，紫外燈下照射或將0.1～40％的催化劑溶液和還原劑混合，紫外燈下照射后再加入已混合好的表面官能化的碳納米管與0.05～40％金屬化合物水溶液制得，本發(fā)明操作簡單，制備條件溫和、在室溫下反應、具有環(huán)境友好等特點。
文檔編號B82B3/00GK101774538SQ201010033639
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月4日 優(yōu)先權日2010年1月4日
發(fā)明者張光晉, 李詩文 申請人:中國科學院過程工程研究所