[发明专利]制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法及由其制得的多孔膜

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种在固体表面上制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法及由其制得的多孔膜，该金属/碳纳米复合的多孔膜具有抗腐蚀和高电传导性等特点，且适用于多种类型的基底，可有效地应用于催化、电化学、传感器、吸波器件等领域。

背景技术

纳米复合材料由于其各组分在性能上能互相取长补短，产生协同效应，且结合纳米尺寸效应等优势，使得其综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域。一般地讲，纳米复合材料是以粉体和块体的形式加以合成和研究，合成方法有很多，如微乳液法（参见美国专利申请08071132）、醇盐溶胶凝胶法（参见J.Electroanal.Chem.2002,536,37）、高温熔融渗透法（参见美国专利申请2004016318A1）、电沉积法等，其中微乳液法和高温熔融渗透法可控性不强，而醇盐溶胶凝胶法的原料成本较高，电沉积法合成规模不易扩大。同时，将纳米复合材料以薄膜的形式合成出来更是一个技术难点。最近，Rao等人通过湿化学法将纳米颗粒分散在有机介质中形成纳米复合膜（参见美国专利申请2007254107A1），可用于光学、电学和结构学领域。Yokotsuka等人将氧化硅与有机物纳米复合物组成多孔膜用于电子器件（参见日本专利申请2003342411A）。但是，将由金属和碳的纳米复合纤维组成的多孔膜用以综合碳抗腐蚀和金属高电传导性的技术仍是空白。因此，探索一种制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法有重要的意义。

因此，本领域迫切需要开发出一种简单、高效、低成本、可规模化实施地制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法，以制备呈金属/碳纳米复合纤维组成的网状结构，膜的厚度和孔隙分布均匀，且膜的结构参数可控，并且还结合了碳耐腐蚀和金属高电导率的特点，适用于多种类型的基底，可作为一种新型的多孔复合膜而应用于催化、电化学、传感器、吸波器件等相关领域。

发明内容

本发明提供了一种新颖的制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法及由其制得的多孔膜，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种制备金属/碳纳米复合的多孔膜的方法，该方法包括以下步骤：

a）将金属盐和在惰性气氛下高温分解为碳的聚合物加入到氨水溶液中，持续搅拌得到均匀溶胶，并将得到的均匀溶胶继续搅拌至溶胶预凝胶化为浆料；

b）将步骤a）中得到的浆料涂覆在固体基片表面，干燥得到涂层；以及

c）将步骤b）中得到的涂层进行热处理，从而在固体基片表面上得到金属/碳纳米复合的多孔膜。

在一个优选的实施方式中，所述固体基片选自：陶瓷基片、金属基片、玻璃基片和半导体基片。

在另一个优选的实施方式中，所述金属盐选自金属草酸盐和金属羰基盐。

在另一个优选的实施方式中，所述金属盐是二水合草酸镍。

在另一个优选的实施方式中，所述在惰性气氛下高温分解为碳的聚合物选自：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚氧化乙烯。

在另一个优选的实施方式中，所述金属/碳纳米复合的多孔膜由碳和金属的复合材料组成，其中，所述碳材料选自石墨、碳黑、活性炭、碳纤维和石墨烯，所述金属材料选自铁、钴、镍、铬和钨，以及它们的合金和混合物。

在另一个优选的实施方式中，所述氨水溶液选自氨水的有机溶液和水溶液。

在另一个优选的实施方式中，所述涂覆的方法选自：滴覆、流延、旋涂和提拉。

在另一个优选的实施方式中，所述干燥的方法选自：加热干燥、气氛干燥、减压干燥和真空干燥。

在另一个优选的实施方式中，所述热处理的温度为300-1000℃。

在另一个优选的实施方式中，所述热处理在真空或惰性气氛下进行，其中所述惰性气氛采用氩气、氮气、氩氢混合气或者氮氢混合气。

另一方面，本发明提供了一种由上述方法制备的金属/碳纳米复合的多孔膜。

再一方面，本发明涉及上述金属/碳纳米复合的多孔膜在催化、电化学、传感器、吸波器件和光电领域中的应用。

附图说明

图1是本申请实施例1中包覆在氧化铝表面的多孔镍碳膜的X射线衍射图谱。

图2是本申请实施例1中多孔镍碳膜的扫描电子显微镜照片和透射电子显微照片，图2中的（a）和（b）分别表示多孔镍碳膜的表面和截面扫描电镜照片，（c）和（d）分别表示多孔镍碳膜的高倍和高分辨透射电镜照片。

具体实施方式