[发明专利]一种非晶态碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种非晶态碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管自1991年被发现以来，就因其独特的结构和物理化学性能受到人们的广泛关注。它是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管因其尺寸小、机械强度高、比表面积大、电导率、界面效应强等特点和独特的机械、物理、化学性能，从而在工程材料、催化、吸附-分离、储能器件和电极材料等诸多领域中具有广泛的应用前景。

近年来，非晶态碳纳米管成为研究者们一个关注的焦点。非晶态碳纳米管的管壁是由许多碳族组成，其特点是：短程有序而长程无序。由于其管壁的特殊结构，非晶态碳纳米管的性质与晶态的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管有很大差别。

目前，碳纳米管制备的常规方法大致可分为三类：电弧法、激光蒸发法和化学气相沉积法。但是使用上述方法制备碳纳米管的过程中所采用的设备和工艺参数复杂，产量低，而且制备的一般都是晶态碳纳米管。其中，化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法，因而受到国内外研究者的青睐。但化学气相沉积法主要以甲烷、乙烯、苯等烃类气体为原料制备碳纳米管，造成碳纳米管的成本居高不下。

对于非晶态碳纳米管的制备方法，很早就有文献报道：Lijie Ci等人（Ci LJ etal. Journal of Crystal Growth 2001）和Yang Y等人（Yang Y etal. Chemical and Physical Letter 2003）都用气相沉积法合成得到非晶态碳纳米管。后来Zhao Tingkai（Tingkai Zhao etal. Carbon 2005）等人用电弧放电法制备得到非晶态碳纳米管；Luo Tao等人（Tao Luo etal. Carbon 2006）用溶剂热法制备得到非晶态碳纳米管。最近D. Banerjee等人（D. Banerjee etal. Physical E 2009）在低温下合成由大量碳纳米管集合在一起形成的纳米针状非晶态碳，并研究其场致发射性能。

到目前为止，有关非晶态碳纳米管制备的国内专利不多，已经公开发表的专利有三个。专利《以二茂铁和氯化铵为原料的非晶态碳纳米管及其制备方法》（CN100494053C）将二茂铁和氯化铵原料按一定比例混合，然后在球磨机上干混、球磨一段时间，接着将混合均匀的粉末放入管式炉中在氩气和氧气混合气氛中反应，最后将粉末用去离子水洗涤、过滤得到非晶态碳纳米管。专利《一种大量制备非晶态碳纳米管的温控电弧法》（CN 1261350C）采用石墨阴、阳极在氢或与氦、氮、氩气混合气氛下电弧放电得到非晶态碳纳米管。专利《非晶碳纳米管的大规模制备方法》（CN 100577561C）将二茂铁溶于四氯化碳中搅拌均匀，移入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，然后升温至120-180℃恒温反应12-72小时，反应结束后将产物用蒸馏水和乙醇依次洗涤、干燥，得到非晶态碳纳米管。这三个专利中，前两个专利的工艺参数都比较复杂，第三个专利所用原料的成本较高。因此，采用简易的方法，以价廉易得的材料制备非晶态碳纳米管是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料来源广、价格低廉，且工艺流程简单的非晶态碳纳米管的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种非晶态碳纳米管的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)凹凸棒石的活化处理：将凹凸棒石置于容器中于200℃～500℃焙烧进行热活化处理或者加入至1mol/L～5mol/L的酸中进行酸活化处理；

(2)将上述活化后的凹凸棒石和碳源材料按照质量比为1:1～3加入至水中，混合均匀，将混合均匀的凹凸棒石-碳源材料的水溶液置于高压反应釜内，高压反应釜置于均相反应器中，于130℃～180℃保温6h～48h得到前驱体；

(3)将上述前驱体在N₂保护的氛围下于600℃～900℃灼烧3～6小时，灼烧结束后将产物随炉冷却至室温，用HF溶液充分洗涤除去产物中模板，留下碳，再用浓HCl洗涤纯化碳，最后用水洗涤至中性，过滤，再烘干即得所需的非晶态碳纳米管。

上述方案中，所述步骤(3)中的烘干温度为80℃～105℃。

上述方案中，所述步骤(1)中的酸活化处理的具体步骤为：将凹凸棒石加入至1mol/L～5mol/L的酸中于70℃磁力搅拌2小时，然后过滤、洗涤至中性，于烘箱中105℃烘24小时。