[发明专利]纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，涉及一种纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴(Co₃O₄)复合材料及其制备方法，该复合材料可用于催化、超级电容器或锂离子电池电极。

背景技术

四氧化三钴Co₃O₄是一种重要的无机材料，在电化学、催化剂、磁流体、生物医学等领域有巨大的应用前景。通过制备纳米Co₃O₄能显著提高Co₃O₄的活性，从而提高Co₃O₄在各领域的性能。但纳米Co₃O₄易产生团聚，通常都需要将纳米材料包覆在特定的载体材料上，从而达到提高纳米材料的活性及其稳定性等目的。碳纳米管(CNT)化学性质稳定，具有优异的电学、热学、力学、光学、磁学性能，作为一维纳米材料具有高比表面积，极限比表面积可达2630m²/g，使其成为较为理想的负载材料。制备与碳纳米管复合不仅能够有效的分散Co₃O₄，而且更有利于提高材料传导电子的能力，提高材料的导电性能，从而可以提高其在催化、超级电容器或锂离子电池等领域的应用性能。

已有的在纳米碳管上制备的Co₃O₄纳米颗粒存在分布密度低、纳米颗粒尺寸过大、尺寸分布不均匀、在碳纳米管上分布不均匀、或存在团聚现象的问题，从而影响碳纳米管/Co₃O₄复合材料的性能。氧化物的形状和大小对性能的影响很大，目前，在碳纳米管上制备的Co₃O₄及其它氧化物主要以球形为主，而立方Co₃O₄在相同的体积下具有比球形更大的比表面积，将有可能获得更优异的性能。本发明在纳米碳管表面制备了相互分散、大小均匀、分布均匀、颗粒细小的纳米立方Co₃O₄。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料及其制备方法，通过该方法制备的纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料的Co₃O₄颗粒为立方体，大小均匀，边长小于7nm，相互之间具有一定的空隙，约为1-10nm，均匀分布在纳米碳管表面。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：

称取比例为1∶1-1∶9的去离子水与二甲基甲酰胺DMF，混合搅拌均匀后得到混合溶剂；

按0.1-1g/L的配比浓度称取经纯化处理后的纳米碳管和混合溶剂，把纳米碳管放入混合溶剂中进行超声10-60分钟，得到纳米碳管分散液；

称取四水合醋酸钴，钴为II价，其中四水合醋酸钴相对于纳米碳管分散液的浓度为10-60g/L，将四水合醋酸钴溶于纳米碳管分散液，搅拌均匀；

将以上混合后的溶液放入具有四氟乙烯内衬的水热罐，其中水热罐的装填容积比例为1/5-1/2，以1℃/分钟-10℃/分钟的升温速度升温到100-150℃，保温时间为1.5h-10h，后随炉冷却；

冷却到室温以后，把溶液倒出，用离心机将黑色沉积物清洗，清洗液采用酒精溶液，清洗的次数在3-5次；

将清洗完的黑色沉积物在40-80℃下烘烤到样品干燥，得到纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料。

优选地，经纯化处理后的纳米碳管的具体纯化处理步骤为：将0.5g化学气相沉积CVD法制备出的碳纳米管加入到100ml浓硝酸中，先超声分散30min，后加热回流4h，去除碳纳米管中的催化剂颗粒并在碳纳米管表面接上相应的官能团，混合物冷却后过滤，用去离子水反复清洗直至滤液呈中性，在空气中100℃下干燥6h。

以及，一种纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料，所述纳米碳管表面负载纳米四氧化三钴复合材料由如以上所述的方法制备获得，四氧化三钴材料成纳米立方结构均匀附着在纳米碳管的表面。

优选地，所述纳米立方结构的尺寸小于7nm，Co₃O₄纳米立方颗粒之间的间隙为1-10nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：