[发明专利]硼掺杂还原碳纳米管负载氧化铁复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼掺杂还原碳纳米管负载氧化铁复合材料的制备方法及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将可溶性铁盐的水溶液和多壁氨基碳纳米管分散液混合后稀释；(2)加入硼氢化钠，反应生成氧化铁纳米晶核；(3)水热反应，得到纳米粒子，固液分离、冻干，得到所述的硼掺杂还原碳纳米管负载氧化铁复合材料。与现有技术相比，本发明的制备方法简单，制备的材料导电性能良好，N、B共掺杂形成协同作用使得材料在电化学性能方面具有良好的效果，适合应用于电催化析氢、析氧、超级电容器以及锂离子电池等。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，尤其是涉及一种R-CNTs-Fe₂O₃-B复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管自被发现以来，人们对其合成方法、性能和应用等方面展开了大量研究。例如高性能复合材料的增强基、纳米管场发射体、能量存储材料和催化剂载体等。目前，采用碳纳米管取代活性炭制备活性更高的复合催化剂已成为一个新的研究热点。

碳纳米管除了具有纳米级管腔结构、较高的比表面积、类石墨的多层管壁和优良的导电性等特点外，还具有可以裁剪以及表面修饰的特性，可满足作为催化剂载体的特殊需要，同时可作为模板制备纳米催化剂，使它在作为催化剂载体方面有着良好的应用前景。目前，在碳纳米管负载金属的催化应用方面已有一些尝试性工作。这些工作主要集中在利用碳纳米管作为贵金属催化剂的载体，使活性贵金属和促进剂的前驱体得到充分的分散，从而提高贵金属的利用率，防止金属粒子烧结；而且由于碳纳米管与活性贵金属之间的强相互作用，提高了金属催化剂的活性、选择性和稳定性。此外，在碳纳米管上负载金属氧化物如氧化钡、氧化铝、氧化铁催化剂的研究也有报道。Fe₂O₃在合成氨与F-T合成催化方面是一类重要的催化剂，已有报道采用双氧水与硫酸亚铁对碳纳米管进行表面修饰的同时，在管壁上均匀吸附铁的氢氧化物，再通过不同气氛的热处理得到不同结构的碳纳米管负载Fe₂O₃催化剂，但对Fe₂O₃负载的机理并未作深入研究。

过渡金氧化物用作电极材料的缺点，在充放电过程中会出现体积效应，循环稳定较差。此种材料的反动力学比较左，而且充放电电滞后现象比较严。过渡金属氧化物电化学稳定性差主要有三点：第一是导电性较差，离子或电子扩散系数不大，降低了电极反应的可逆性；第二是过渡金属氧化物活性颗粒之间、集体流和活性颗粒之间失去电接触，丧失触点的粒子不再参与电极反应，电化学性能开始衰减；第三是过渡金属氧化物作为电极材料多次发生反应后可能生成金属纳米颗粒，这些颗粒在多次循环后产生团聚，从活性物质变少，电化学性能减弱。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充分协调了金属与非金属之间以及非金属与非金属之间的协同作用，电化学性能良好的硼掺杂还原碳纳米管负载氧化铁复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种硼掺杂还原碳纳米管负载氧化铁(R-CNTs-Fe₂O₃-B)复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性铁盐的水溶液和多壁氨基碳纳米管分散液混合后稀释；

(2)加入硼氢化钠，反应生成氧化铁纳米晶核；

(3)水热反应，得到纳米粒子，固液分离、冻干，得到所述的R-CNTs-Fe₂O₃-B复合材料。

优选地，步骤(1)中，所述的可溶性铁盐为九水合硝酸铁。

优选地，步骤(1)中，所述的可溶性铁盐的水溶液为采用九水合硝酸铁配制的0.2～2M的水溶液。