[发明专利]一种复合纳米结构碳纤维材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种复合纳米结构碳纤维材料的制备方法，该方法将碳纤维布经过预处理，通过液相法或物理沉积法在碳纤维布上附着一层铁薄膜催化剂，在化学气相反应室中，用氩气或氮气作载气，用乙烯或乙炔气体作碳源气体，氢气作还原气体，在碳纤维布上原位生长碳纳米管，再将含有钛有机物的气体通过载气带入到化学气相沉积反应室内，在碳纳米管外围生长二氧化钛，形成包覆在碳纳米管上的二氧化钛纳米外壳，即可得到复合纳米结构碳纤维材料。通过本发明所述方法获得的材料具有高机械强度，高热稳定性能，良好的化学惰性和高吸附性能，碳纳米管超常的强度，巨大的长径比，热导率高，催化活性良好，化学稳定性高，无毒性，超亲水性。该复合纳米结构碳纤维材料在光催化、电催化等方面会获得重要应用。

主权项

一种复合纳米结构碳纤维材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：a、碳纤维布进行预处理：将碳纤维布放入到浓度为20‑40g/L的碳酸钠溶液中，温度为60℃，超声波辅助清洗30分钟，用去离子水清洗，再将把碳纤维布放入到丙酮溶液中，超声波辅助清洗20分钟，然后在空气气氛中，将碳纤维布温度 400℃热处理30分钟；b、通过液相法，将预处理后的碳纤维布放入浓度为0.05‑1.00mol/L的 FeCl3溶液中浸渍，得到碳纤维布上附着一层Fe催化剂，然后在气相沉积室内通入干净空气，在温度450℃对碳纤维布上附着的Fe催化剂热处理15分钟，然后温度升温至650‑700℃，通入流量为30‑100sccm的氢气进行还原2‑8分钟；或通过物理气相沉积法，以纯度为99.99%的Fe为靶材，将碳纤维布通过磁控溅射或热蒸镀沉积，在碳纤维布上附着的Fe膜的厚度为0.5‑8nm，将附着了Fe催化剂的碳纤维布直接送入化学气相沉积室，以温度50℃/min的升温速率升温至600‑700℃，然后通入流量为10‑80sccm的氢气进行还原2‑8分钟；c、将步骤b中的通过液相法或物理气相沉积法得到的碳纤维布通过化学气相法，用氩气或氮气作载气，用乙烯或乙炔气体作碳源气体，氢气作还原气体，反应温度为600‑700℃，时间为1‑30分钟在碳纤维布上原位生长碳纳米管；d、通过化学气相法，先用氩气或氮气作载气对气相沉积反应室进行冲洗，气体流量为300‑600sccm，冲洗时间为5‑8分钟，再用氩气或氮气作载气，用四异丙氧基钛蒸汽作钛源气体，反应温度为300‑720℃，时间为5‑30分钟在碳纳米管外面生长二氧化钛纳米外壳，即可得到复合纳米结构碳纤维材料。