一种多壁碳纳米管的制备方法
阅读：47发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种多壁碳纳米管的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多壁 碳 纳米管 的制备方法一种多壁 碳纳米管 的制备方法，它是将均苯三酸－ 铁 系元素配位 聚合物 在空气中加热至500～600℃并恒温10～20小时，自然冷却至室温，即可得与金属分离的 多壁碳纳米管 。本 发明 的方法具有设备简单，条件温和，无污染，产率高等特点。，下面是一种多壁碳纳米管的制备方法专利的具体信息内容。
技术领域
背景技术
碳纳米管可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆 柱体，按卷曲的石墨层数分类，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。自 1991年日本NEC公司的Iijima发现以来，碳纳米管的制备和性能研究受到 了各国科学家广泛的重视。由于碳纳米管特殊的力学、电学性质，本身具 有的中空结构及继承了石墨优良的本征特性，如耐热、耐腐蚀、自润滑性、 生物相容性等，使其在电子器件、复合材料、气体储存、催化载体、药物 输送等各方面得到了广泛的应用。
目前合成碳纳米管的方法主要集中在电弧法[参见：Iijima S.Nature. 1991，354，56.]和化学气相沉积[参见：Terranova Maria Letizia，Sessa Vito， Rossi Marco.Chemical Vapor Deposition.2006，12,315.]。电弧法工艺比较复 杂，对设备的要求较高。化学气相沉积是目前应用较多的一种方法，其特 点是对设备要求较低，可相对大量的合成碳纳米管。但这种方法仍有其不 足之处，例如产物中常含有其他形态的碳，纯度不够高，目前文献中常以 甲烷(CH4)(参见：Holzinger M，Hirsch A，Bernier P，et al.Appl Phys A.2000， 70,599.)、乙炔(C2H2)(参见：Brigitte Vigolo，Alain Pénicaud，Claude Coulon， Cédric Sauder，René Pailler，Catherine Journet，Patrick Bernier，and Philippe Poulin.Science.2000，290，1331.)、苯(C6H6)(参见：Ren ZF，Huang ZP，Xu JW，et al.Science.1998，282，1105.)等作为碳源，但这些物质一般都具有可 燃性且有的有剧毒，安全生产受到了一定限制。比较难以实现碳纳米管的 优质、安全合成，严重阻碍了碳纳米管的生产应用。
配位聚合物(Metal Organic Framework，MOF)(参见：Stuart L.James. Chem.Soc.Rev.，2003，32,276-288.)作为一种新型材料，以其多样的结构、 优异的性能而得到了快速的发展。而以配合物高温热解制备碳纳米管在国 内外尚未见报道。
目前合成碳纳米管的方法主要集中在电弧法[参见：Iijima S.Nature. 1991，354，56.]和化学气相沉积[参见：Terranova Maria Letizia，Sessa Vito， Rossi Marco.Chemical Vapor Deposition.2006，12,315.]。电弧法工艺比较复 杂，对设备的要求较高。化学气相沉积是目前应用较多的一种方法，其特 点是对设备要求较低，可相对大量的合成碳纳米管。但这种方法仍有其不 足之处，例如产物中常含有其他形态的碳，纯度不够高，目前文献中常以 甲烷(CH4)(参见：Holzinger M，Hirsch A，Bernier P，et al.Appl Phys A.2000， 70,599.)、乙炔(C2H2)(参见：Brigitte Vigolo，Alain Pénicaud，Claude Coulon， Cédric Sauder，René Pailler，Catherine Journet，Patrick Bernier，and Philippe Poulin.Science.2000，290，1331.)、苯(C6H6)(参见：Ren ZF，Huang ZP，Xu JW，et al.Science.1998，282，1105.)等作为碳源，但这些物质一般都具有可 燃性且有的有剧毒，安全生产受到了一定限制。比较难以实现碳纳米管的 优质、安全合成，严重阻碍了碳纳米管的生产应用。
配位聚合物(Metal Organic Framework，MOF)(参见：Stuart L.James. Chem.Soc.Rev.，2003，32,276-288.)作为一种新型材料，以其多样的结构、 优异的性能而得到了快速的发展。而以配合物高温热解制备碳纳米管在国 内外尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接热解配位聚合物制备多壁碳纳米管的方 法。
本发明的技术方案如下：
一种多壁碳纳米管的制备方法，它是将均苯三酸-铁系元素配位聚合物 加热至500～600℃并恒温10～20小时，自然冷却至室温，即可得与金属分 离的多壁碳纳米管。
上述的多壁碳纳米管制备方法，所述的均苯三酸-铁系元素配位聚合物 可以是均苯三酸镍盐的配位聚合物[Ni3(btc)2·12H2O]n或均苯三酸钴盐的 配位聚合物[Co3(btc)2·12H2O]n(其中btc为均苯三酸)。
本发明的方法具有设备简单，条件温和，无污染，产率高等特点。
附图说明
图1a为实施例1所用原料[Ni3(btc)2·12H2O]n的X射线衍射图；
图1b为实施例2所用原料[Co3(btc)2·12H2O]n的X射线衍射图；
图2为本实验所用装置示意图，其中：1为管式炉，2是石英管，3为 瓷舟，4为热电偶，A为碳纳米管，B为金属；
图3a为实施例1多壁碳纳米管的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片；
图3b为实施例2多壁碳纳米管的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片；
图4a为实施例1多壁碳纳米管的透射电镜(TEM)照片；
图4b为实施例2多壁碳纳米管的透射电镜(TEM)照片。
本发明的技术方案如下：
一种多壁碳纳米管的制备方法，它是将均苯三酸-铁系元素配位聚合物 加热至500～600℃并恒温10～20小时，自然冷却至室温，即可得与金属分 离的多壁碳纳米管。
上述的多壁碳纳米管制备方法，所述的均苯三酸-铁系元素配位聚合物 可以是均苯三酸镍盐的配位聚合物[Ni3(btc)2·12H2O]n或均苯三酸钴盐的 配位聚合物[Co3(btc)2·12H2O]n(其中btc为均苯三酸)。
本发明的方法具有设备简单，条件温和，无污染，产率高等特点。
附图说明
图1a为实施例1所用原料[Ni3(btc)2·12H2O]n的X射线衍射图；
图1b为实施例2所用原料[Co3(btc)2·12H2O]n的X射线衍射图；
图2为本实验所用装置示意图，其中：1为管式炉，2是石英管，3为 瓷舟，4为热电偶，A为碳纳米管，B为金属；
图3a为实施例1多壁碳纳米管的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片；
图3b为实施例2多壁碳纳米管的场发射扫描电镜(FE-SEM)照片；
图4a为实施例1多壁碳纳米管的透射电镜(TEM)照片；
图4b为实施例2多壁碳纳米管的透射电镜(TEM)照片。
具体实施方式
实施例1.由[Ni3(btc)2·12H2O]n制备多壁碳纳米管
[Ni3(btc)2·12H2O]n的合成：
将醋酸镍和均苯三酸以摩尔比3∶2加入到100mL高压反应釜中，加水 80mL溶解，密闭后加热至140℃并恒温12h，自然冷却至室温。可得大颗 粒绿色晶体，过滤，用蒸馏水洗涤。图1a为产物的X射线衍射图，没有发 现杂质相，表明产物的纯度较高。
多壁碳纳米管的制备：
本发明用热解法制备多壁碳纳米管的装置如图2所示。将0.3g的 [Ni3(btc)2·12H2O]n用研钵磨细后均匀撒于瓷舟中，再将瓷舟置于管式炉中 央的石英管中部，以10℃/min的速度升至500℃并恒温20小时，自然冷却 至室温，所得产物在瓷舟右端收集，得到约0.05g多壁碳纳米管。通过SEM 照片(见图3a)，观察到产物的直径为30～60nm，长度达到数微米的碳纳 米管。TEM显示产物是由石墨层卷曲形成的中空管状结构，内径为10～ 20nm。
实施例2.由[Co3(btc)2·12H2O]n制备多壁碳纳米管
[Co3(btc)2·12H2O]n的合成：
将醋酸钴和均苯三酸以摩尔比3∶2加入到100mL高压反应釜中，加水 80mL溶解，密闭后加热至140℃并恒温12h，自然冷却至室温。可得大颗 粒红色晶体，过滤，用蒸馏水洗涤。图1b为产物的X射线衍射图。
多壁碳纳米管的制备：
将0.6g的[Co3(btc)2·12H2O]n用研钵磨细后均匀撒于瓷舟中，再将瓷舟 置于管式炉中央的石英管中部，以10℃/min的速度升至600℃并恒温20小 时，自然冷却至室温。所得产物在瓷舟右端及石英管壁收集，得到约0.10g 多壁碳纳米管。通过SEM照片(见图3b)，观察到由直径约为30nm的碳 纳米管组成的片状产物。TEM显示产物的内径为10～20纳米。
[Ni3(btc)2·12H2O]n的合成：
将醋酸镍和均苯三酸以摩尔比3∶2加入到100mL高压反应釜中，加水 80mL溶解，密闭后加热至140℃并恒温12h，自然冷却至室温。可得大颗 粒绿色晶体，过滤，用蒸馏水洗涤。图1a为产物的X射线衍射图，没有发 现杂质相，表明产物的纯度较高。
多壁碳纳米管的制备：
本发明用热解法制备多壁碳纳米管的装置如图2所示。将0.3g的 [Ni3(btc)2·12H2O]n用研钵磨细后均匀撒于瓷舟中，再将瓷舟置于管式炉中 央的石英管中部，以10℃/min的速度升至500℃并恒温20小时，自然冷却 至室温，所得产物在瓷舟右端收集，得到约0.05g多壁碳纳米管。通过SEM 照片(见图3a)，观察到产物的直径为30～60nm，长度达到数微米的碳纳 米管。TEM显示产物是由石墨层卷曲形成的中空管状结构，内径为10～ 20nm。
实施例2.由[Co3(btc)2·12H2O]n制备多壁碳纳米管
[Co3(btc)2·12H2O]n的合成：
将醋酸钴和均苯三酸以摩尔比3∶2加入到100mL高压反应釜中，加水 80mL溶解，密闭后加热至140℃并恒温12h，自然冷却至室温。可得大颗 粒红色晶体，过滤，用蒸馏水洗涤。图1b为产物的X射线衍射图。
多壁碳纳米管的制备：
将0.6g的[Co3(btc)2·12H2O]n用研钵磨细后均匀撒于瓷舟中，再将瓷舟 置于管式炉中央的石英管中部，以10℃/min的速度升至600℃并恒温20小 时，自然冷却至室温。所得产物在瓷舟右端及石英管壁收集，得到约0.10g 多壁碳纳米管。通过SEM照片(见图3b)，观察到由直径约为30nm的碳 纳米管组成的片状产物。TEM显示产物的内径为10～20纳米。
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