碳纳米管花状微纳结构粉体及其制备方法

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种碳纳米管基微纳结构及其制备方法。

背景技术：

1、由于碳纳米管具有多孔结构，大比表面积和优良的力学、热学、电学以及光学性能，使其在化工、电子、生物和医学等领域得到广泛应用。尤其在环境检测与食品安全领域，碳纳米管因其优良的吸附性能、稳定的化学特性和快速响应等优点，被广泛用于各种污染气体、重金属及有机污染物等的检测与治理。

2、目前，碳纳米管的生产方法主要有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法等。电弧放电法生产碳纳米管纯度低(含有富勒烯、无定形碳等副产品)，成本高(能耗大，装置复杂)，难以规模化、连续化生产(需清理反应腔内的碳粉)。激光烧蚀法衍生自电弧放电法，能量来源为大功率激光器，碳源气化后沉积在反应器壁。该方法产生的金属杂质较少，但需要用到昂贵的激光器和高纯石墨棒，产量低，成本高，难以工业化生产。相较于前两种方法，cvd法反应过程容易控制，反应温度较低，产品纯度高，生产成本较低，适合大规模生产，已经成为碳纳米管工业化的主流生产技术。

3、上述三种方法除各自优缺点外，绝大多数碳管产物存在三个共性问题：一是碳管团聚在一起，需要添加分散剂或借助机械外力分散，分散效果直接决定了实际应用效果；二是分散开的碳纳米管在溶剂中仍易于团聚，在干态下仍会团聚成绒球状；三是由于碳纳米管之间的连接主要以物理缠绕或者分子间作用力为主，不具备自支撑性且机械性能差，通常需引入支撑材料与碳纳米管进行复合。此外，独特的碳纳米管基微纳结构鲜见报道。众所周知，采用化学方法大规模制备各种金属化合物微纳结构粉体已很成熟，若能将其作为模板和催化剂而转化成碳纳米管粉体，无疑将达到工业化生产的程度并将极大拓展碳纳米管的应用范围。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种碳纳米管花状微纳结构粉体及其宏量制备方法。

2、实现本发明目的的技术方案是：一种碳纳米管花状微纳结构粉体及其制备方法，主要步骤如下：

3、(1)以水热法合成花状微纳结构ni(oh)2粉体；

4、(2)通过浸泡在所述花状微纳结构ni(oh)2粉体表面修饰聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)；

5、(3)在h2/ar混合气体中对步骤(2)所得修饰后的ni(oh)2粉体于900℃下快速退火2～10min；

6、(4)步骤(3)所得样品在hcl溶液中浸泡，即可获得最终产物。

7、较佳的，步骤(1)中，将nh4oh水溶液逐滴加入nicl2溶液中，持续搅拌反应3h，过滤、清洗、干燥后得到花状微纳结构ni(oh)2粉体，其中，nicl2溶液的浓度为0.025m，nh4oh水溶液的浓度为7m，反应温度为65℃。

8、较佳的，步骤(2)中，将所述花状微纳结构ni(oh)2粉体浸泡于pmma的dmf溶液中30min，pmma的dmf溶液的质量浓度为1％。

9、较佳的，步骤(3)中，h2/ar混合气体中h2与ar体积比为15％。

10、较佳的，步骤(4)中，于6m hcl溶液中浸泡24h以上。

11、较佳的，该碳纳米管花状微纳结构粉体由弯曲缠绕的超细超短(直径在10nm以下，长度在200nm以下)碳纳米管组成的花状微纳结构。

12、与现有技术相比，本发明的创新之处在于：

13、(1)本发明制备的碳纳米管花状微纳结构粉体在结构上是独特的，由超细超短的碳管缠绕交联而成，结构稳定、致密均匀，充分发挥碳管材料优势，避免了易团聚、力学性能差影响使用的问题。

14、(2)制备方法也是新颖的，从提出以水热合成的金属化合物为模板和催化剂的思想，到通过表面修饰的固态碳源法和快速热退火，均是保证实验成功开发的新工艺，工艺具有高效、操作简单、能量产、设备要求低、实验过程安全等优势，可推广应用于工业领域。

15、本发明的优越之处在下面的附图说明和具体实施方式中将进一步阐述。

技术特征：

1.一种碳纳米管花状微纳结构粉体的制备方法，其特性在于，主要步骤如下：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特性在于，步骤(1)中，将nh4oh水溶液逐滴加入nicl2溶液中，持续搅拌反应3h，过滤、清洗、干燥后得到花状微纳结构ni(oh)2粉体，其中，nicl2溶液的浓度为0.025m，nh4oh水溶液的浓度为7m，反应温度为65℃。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特性在于，步骤(2)中，将所述花状微纳结构ni(oh)2粉体浸泡于聚甲基丙烯酸甲酯的dmf溶液中30min，聚甲基丙烯酸甲酯的dmf溶液的质量浓度为1％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特性在于，步骤(3)中，h2/ar混合气体中h2与ar体积比为15％。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特性在于，步骤(4)中，于6m hcl溶液中浸泡24h以上。

6.如权利要求1-5任一所述的方法制备的碳纳米管花状微纳结构粉体。

7.如权利要求6所述的碳纳米管花状微纳结构粉体，其特性在于，该碳纳米管花状微纳结构粉体由弯曲缠绕的超细超短碳纳米管组成的花状微纳结构。

技术总结
本发明涉及一种碳纳米管花状微纳结构粉体及其制备方法，其步骤为：(1)以水热法合成花状微纳结构Ni(OH)<subgt;2</subgt;粉体；(2)通过浸泡在所述花状微纳结构Ni(OH)<subgt;2</subgt;粉体表面修饰聚甲基丙烯酸甲酯；(3)在H<subgt;2</subgt;/Ar混合气体中对步骤(2)所得修饰后的Ni(OH)<subgt;2</subgt;粉体于900℃下快速退火2～10min；(4)步骤(3)所得样品在HCl溶液中浸泡，即可获得最终产物。本发明制备的碳纳米管花状结构粉体完好继承了模板形貌，由弯曲缠绕的超细超短碳纳米管构成，解决了碳管产物易团聚、力学性能差导致的诸多应用问题。本发明方法高效环保、操作简单，能大规模生产，对设备要求低，提高了实验过程中的安全性。

技术研发人员：何辉,曹佳乐,张翌辉,吴林峰,徐峰
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13