[发明专利]一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其应用

说明书

一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其应用，属于复合材料制备技术领域。其首先是将介孔二氧化硅加入到去离子水或者有机溶剂中，再加入过渡金属盐获得混合物，搅拌加热得到过渡金属修饰的介孔二氧化硅；将可聚合的低分子量化合物溶于有机溶剂或者混合有机溶剂中，然后将该溶液置于两口圆底烧瓶中并加热搅拌；将过渡金属修饰的介孔二氧化硅放置在密封的管式炉的不锈钢管内，然后对两口圆底烧瓶和排气管线进行升温，再对管式炉进行程序升温，经高温聚合热解，再进行酸处理，离心分离和真空加热干燥，得到含多壁碳纳米管和有序介孔碳的复合材料，可以作为锂离子电池负极材料或者作为锂离子电池负极材料添加剂得到应用。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其在作为锂离子电池负极材料或者在作为锂离子电池负极材料添加剂中的应用。

背景技术

碳纳米管(CNTs)是一种类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、两端为半球形端帽、具有典型层状中空结构的材料。CNTs作为典型的一维碳材料，具有良好的导电性能，超大的长径比，极好的化学和光稳定性，使其在储氢容器、超容量电容器、锂离子电池负极材料等方面的具有广泛的应用前景。然而，碳纳米管较低的比表面面积和欠发达的孔隙结构，使其单独作为储能材料，其容量往往发挥不出来。

介孔碳是近年来发现的一类新型多孔材料，指的是尺寸在2-50nm的碳材料。介孔碳表现出特殊的性质，有高的比表面积，高孔隙率，孔壁组成、结构和性质可调，其表面易于被修饰，在吸附分离、催化、载药、储能等领域具有好的应用前景。但是单一级别的孔道结构以及低的电子迁移速率已不能满足当前的应用需求，然而在其表面修饰具有特殊形貌的新型纳米碳材料，如石墨烯、碳纳米管等结构，可以显著增强有序介孔碳材料的电子传导能力，扩大其应用范围。因此，原位合成一种既具有高比面积的介孔结构又具有多壁碳纳米管优异导电性的复合材料具有重要的工业意义。

本发明提供一种有机气体高温聚合热解路线原位制备具有介孔结构的碳和多壁纳米管复合材料的方法，对工业化批量生产有重要价值。并且，目前尚未见有在原位均匀合成介孔结构的碳和多壁纳米管复合材料的方法报道。

发明内容

为了克服现有技术问题，本发明的目的在于提供一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料、制备方法及其应用。本发明方法工艺简单，易于操作。通过本发明不但能够得到孔径可调的介孔碳，而且孔壁均匀生长出碳纳米管的复合材料。

本发明所述的一种多壁碳纳米管/有序介孔碳复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)将介孔二氧化硅在去离子水或者有机溶剂(例如无水乙醇，丙酮等)中分散均匀，获得分散液，在该分散液中添加过渡金属盐(铁，钴，镍等的硝酸盐)获得混合物，然后在搅拌加热(加热的温度比有机溶剂的沸点低5～10℃)的情况使去离子水或者有机溶剂全部挥发，得到过渡金属修饰的介孔二氧化硅；

2)将可聚合的低分子量化合物溶于沸点低于160℃的有机溶剂或者混合有机溶剂中，然后将该溶液置于两口圆底烧瓶中并加热搅拌，两口圆底烧瓶的一个瓶口通入氮氢混合气，并且通入氮氢混合气的管线没入到溶液中，另一瓶口处接缠有加热带的排气管线通入到密封的管式炉的不锈钢管内；

3)将步骤1)得到的过渡金属修饰的介孔二氧化硅放置在密封的管式炉的不锈钢管内，开始程序升温之前，通入氮氢混合气，将不锈钢管内的空气排净；然后对步骤2)的两口圆底烧瓶和排气管线进行升温，再对管式炉进行程序升温，经高温聚合热解，在不锈钢管内得到含碳纳米管和介孔二氧化硅的反应混合物；

4)在室温下，将步骤3)得到的含碳纳米管和介孔二氧化硅的的反应混合物先经过酸处理，再离心分离和真空加热干燥，得到含多壁碳纳米管和有序介孔碳的复合材料；多壁碳纳米管的管径为20～100nm，管长为0.1～2um，有序介孔碳的孔径范围为2～50nm。