[发明专利]一种碳纳米管/酞菁/聚苯胺三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种碳纳米管/酞菁/聚苯胺三元复合材料及其制备方法和应用，涉及一种三元复合材料及其制备方法和应用。本发明要解决现有方法较难使聚苯胺在碳纳米管表面均匀分布的技术问题。本发明三元复合材料是由碳纳米管、四‑β‑羧基金属酞菁、苯胺、过硫酸铵、N,N‑二甲基甲酰胺和蒸馏水制成的；本发明的方法：一、将蒸馏水等分成两等份，在其中一份蒸馏水中加入过硫酸铵配制成过硫酸铵溶液；二、向DMF中依次加入四‑β‑羧基金属酞菁和碳纳米管，超声振动，离心分离，水洗，烘干后依次加入苯胺和剩余的蒸馏水，再次超声振动，缓慢加入过硫酸铵溶液；三、搅拌反应，过滤，并依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，烘干。本发明产品可应用于化学传感器领域。

技术领域

本发明涉及一种三元复合材料及其制备方法和应用；具体涉及一种碳纳米管/酞菁/聚苯胺三元复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

一维导电纳米材料具有许多独特的性质，例如可调节的电导率、高的比表面积等，这使得它们成为极具吸引力的化学传感材料。碳纳米管就是一种典型的一维导电纳米材料，由于其表面完全由原子组成，使得其具有对环境变化十分敏感的电学性质。然而，当作为传感材料，碳纳米管存在的问题在于灵敏度低和选择性差。另一种典型的一维导电纳米材料为聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线具有均匀的网状纳米结构、较大的比表面积和较高的电导率，这些优秀的性质使得聚苯胺纳米线具备较高的气体传感灵敏度和较短的响应时间。然而，聚苯胺纳米线的合成较为复杂且难以调控，已报到的一些方法，如：模板法(SiguoChen,et al,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,13252-13255)、电化学聚合(Mianqi Xue,et al,Adv.Funct.Mater.,2012,22,1284-1290)、界面聚合(Ling Shi,et al,J.Mater.Chem.,2012,22,17196-17203)等均不甚理想。此外，聚苯胺纳米线的化学稳定性较差，单独以其作为传感材料很难满足实际工作的需要。因此，一个值得探索的办法就是将碳纳米管和聚苯胺纳米线这两种纳米材料联系到一起，即将聚苯胺均匀的包覆在碳纳米管的表面，使它们弥补彼此的不足，同时更好的发挥自身的优点。根据现有报道，已经有一些聚苯胺包覆碳纳米管复合材料被成功制备(采用原位聚合法(Shoshana Ben-Valid,et al,J.Mater.Chem.,2010,20,2408-2417)或者电聚合法(Xiaolei Liu,et al,Adv.Mater.,2005,17,2727-2732))，并且通过碳纳米管和聚苯胺的复合，确实可以获得稳定性更好和灵敏度更高的复合型敏感材料，然而碳纳米管与聚苯胺之间的作用仍不明确且聚苯胺在碳纳米管表面的分布仍不够理想。

发明内容

本发明要解决现有方法较难使聚苯胺在碳纳米管表面均匀分布的技术问题，提供一种碳纳米管/酞菁/聚苯胺三元复合材料及其制备方法和应用，本发明将酞菁引入到中间，起到模板剂和掺杂剂的作用，有利于控制苯胺单体在碳纳米管表面上均匀的聚合，实现聚苯胺与碳纳米管的高效结合。本发明通过对原料选择和工艺的控制，能够实现对产物形貌和结构进行有效控制。本发明具有反应周期短，产物形貌均匀，聚苯胺厚度理想(为3～5nm)等优点，且制得的材料具有较高的电导率、较好的分散性和化学稳定性，在化学传感器领域具有重要的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明的碳纳米管/酞菁/聚苯胺三元复合材料按重量百分比是由0.40％～0.60％的碳纳米管、1.47％～2.48％的四-β-羧基金属酞菁、0.60％～1.20％的苯胺、3.95％～4.97％的过硫酸铵、46.92％～48.04％的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和42.71％～46.66％的蒸馏水制成的；具体的制备方法是通过下述步骤实现的：

步骤一、将蒸馏水等分成两等份，在其中一份蒸馏水中加入过硫酸铵配制成过硫酸铵溶液；

步骤二、将四-β-羧基金属酞菁和碳纳米管依次加入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)当中，超声振动1～3h，离心分离，蒸馏水洗，在80℃条件下烘干后依次加入苯胺和步骤一中称取的另一份蒸馏水，超声振动20～40min，缓慢加入步骤一中配制的过硫酸铵溶液；