[发明专利]一种多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：1）将糖类、金属硝酸盐水合物Ⅰ和金属硝酸盐水合物Ⅱ溶解于去离子水中，然后于200‑350℃下水热反应20‑120 min，反应结束得到蓬松的固体产物，碾压成粉末得到负载双金属的模板碳纳米片材料；2）将负载双金属的模板碳纳米片材料在惰性气氛下于600‑1200℃碳化2‑7 h，得到碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料，然后除去模板，经洗涤、干燥即得多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料。本发明采用在多孔碳纳米片上原位内嵌Cu‑M合金纳米晶，制备步骤简单、操作方便，对环境友好，利于工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种多孔碳纳米片内嵌Cu-M（M为Ni、Co、Fe或Mn）合金纳米晶复合材料及其制备方法。

背景技术

在功能性纳米复合材料的制备上，类石墨烯碳纳米片被认为是一种非常理想的碳基体来负载各类纳米颗粒，其中尤以负载各种金属纳米颗粒最为常用。目前，各种类型的金属纳米颗粒通过与类石墨烯碳纳米片复合形成复合材料而广泛应用在催化、储能、传感器和太阳能转化等。一方面，类石墨烯碳纳米片的引入除了可以提高复合材料的电导率，同时还可以有效阻止纳米颗粒的团聚。另一方面，负载在类石墨烯上面的纳米颗粒不仅可以赋予最终的复合材料各种功能，还可以阻碍类石墨烯碳纳米片重叠，从而赋予该复合材料各种优异的性能。在中国专利CN 105562005 A报道了一种碳包裹Ni纳米晶颗粒负载在石墨烯上的纳米复合材料及其制备方法。该发明所使用的原料为石墨烯与双（环戊二烯），其使用的原料价格昂贵，制作成本高，不适推广使用。

目前，在类石墨烯纳米片上负载双金属纳米晶合金的复合材料报道较少，且不能大量制备，本发明采用了一种较为简单的方法可以实现一种多孔碳纳米片内嵌Cu-M合金纳米晶（M为Ni、Co、Fe或Mn）的宏量制备，该方法步骤简单，操作方便，成本低，对环境友好，利于工业化生产。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料，该复合材料将Cu与M（M为Ni、Co、Fe或Mn）形成的纳米晶合金稳定内嵌于多孔碳基体中。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法，该方法步骤简单，操作方便，对环境友好，利于工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将糖类、金属硝酸盐水合物Ⅰ和金属硝酸盐水合物Ⅱ溶解于去离子水中，然后于200-350 ℃下水热反应20-120 min，反应结束得到蓬松的固体产物，碾压成粉末得到负载双金属的模板碳纳米片材料；其中，糖类、金属硝酸盐水合物Ⅰ和金属硝酸盐水合物Ⅱ的质量比为（0.1-2）:（0.5-2）:（0.5-2）；

2）将负载双金属的模板碳纳米片材料在惰性气氛下于600-1200 ℃碳化2-7 h，得到碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料，然后除去模板，经洗涤、干燥即得多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料。

优选的，步骤1）中所述糖类为α-乳糖、葡萄糖、麦芽糖和蔗糖中的一种或两种以上的混合物。

优选的，步骤1）中所述金属硝酸盐水合物Ⅰ为三水合硝酸铜，金属硝酸盐水合物Ⅱ为六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、九水硝酸铁或六水合硝酸锰。

优选的，步骤2）中用酸溶液浸泡除去模板，所述酸溶液为浓度0.1M的稀盐酸和/或0.1M的稀硝酸，浸泡时间为12-24 h。

采用上述方法制备得到的多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料。

所述多孔碳纳米片内嵌合金纳米晶复合材料在超级电容器和吸附染料中的应用。

和现有技术相比，本发明的有益效果是：