原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110576187A(43)申请公布日2019.12.17(21)申请号201910888910.0(22)申请日2019.09.19(71)申请人天津大学地址300350天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人赵乃勤戎旭东师春生何春年何芳刘恩佐马丽颖(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.B22F9/22(2006.01)C01B32/16(2017.01)C01B32/186(2017.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法，包括下列步骤：(1)配制混合溶液：取硝酸铜粉末，无水葡萄糖粉末和氯化钠，将其溶解在一定量的去离子水中，得到均一的混合溶液。(2)冻干获得混合粉末。(3)原位合成三维石墨烯：将步骤(2)中得到的混合粉末置于石英方舟中，然后将载有混合粉末的石英方舟置于管式炉中部恒温区，在氢气气氛下将温度升高到730-750℃，保温一段时间后，关闭氢气，通入一定流量的乙炔和氩气混合气体，再保温一段时间，关闭乙炔，在氩气气氛下炉冷至室温，得到以氯化钠为模板的Cu@GN/CNTs复合材料；(4)去除氯化钠模板。CN110576187ACN110576187A权利要求书1/1页1.一种原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法，包括下列步骤：(1)配制混合溶液按照(1.8-2.2)：1：(36-37)的质量配比取硝酸铜粉末，无水葡萄糖粉末和氯化钠，将其溶解在一定量的去离子水中，得到均一的混合溶液。(2)冻干获得混合粉末将步骤(1)中得到的混合溶液进行冷冻干燥，研磨得到混合粉末。(3)原位合成三维石墨烯将步骤(2)中得到的混合粉末置于石英方舟中，然后将载有混合粉末的石英方舟置于管式炉中部恒温区，在氢气气氛下将温度升高到730-750℃，保温一段时间后，关闭氢气，通入一定流量的乙炔和氩气混合气体，再保温一段时间，关闭乙炔，在氩气气氛下炉冷至室温，得到以氯化钠为模板的Cu@GN/CNTs复合材料；(4)去除氯化钠模板，经干燥后制得Cu@GN/CNTs复合材料。2CN110576187A说明书1/3页原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及到一种利用化学气相沉积方法原位合成三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。背景技术[0002]碳纳米材料由于其具有优异的力学性能及热物理性能，在近二十年来逐步走入科研工作的视野之中。碳纳米管和石墨烯是碳纳米材料家族中备受瞩目的两个明星材料。1991年，日本学者Iijima在电弧放电合成富勒烯的过程中首先发现了碳纳米管(CNTs)，其结构可以看做由一维单层石墨片层沿特定适量方向卷曲而成。CNTs的发现也使科研工作看到了二维碳材料存在的可能性。2004年，英国曼彻斯特大学Geim教授首次采用机械剥离的方式，制备出了二维碳材料—石墨烯(GN)。此后无论是在超级电容器、电池等能源材料，还是在结构材料中都能看到GN、CNTs应用的身影。但是在应用这两种碳纳米材料进行科学研究过程中，也存在两个不可避免的问题。一是得到的这两种碳纳米材料质量不高，导致无法发挥其优异的性能；二是这两种碳纳米材料合成效率较低且生产成本较高，无法满足量产的需求。[0003]化学气相沉积法(CVD)则为批量合成优质GN和CNTs提供了广阔的思路。CVD过程中，碳源被分解，在催化剂的作用下，在基体或催化剂一端合成碳纳米材料。该种方法与其他合成碳纳米材料的方法相比，具有产量高、碳材料结晶性好等优点，适合大批量获得高质量碳纳米材料。[0004]在现有碳纳米相增强金属基复合材料的研究工作中，多采用单一碳纳米相作为增强相。而在未来复合材料体系设计中，越来越重视“多级多尺度”的设计概念。因此增强相的选取也逐渐从一维、二维等单一增强相发展到多维度材料混合增强。为了顺应材料体系设计发展的趋势，该项发明采用“盐模板冻干-化学气相沉积”的方法，以纳米铜颗粒为催化剂，通过改变CVD过程中气氛环境，依次在盐模板表面得到GN和CNTs。通过抽滤及洗涤干燥最终得到三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒复合材料(Cu@GN/CNTs)。该种多尺度碳纳米材料具有良好的结晶性，且适合大量生产。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种通过CVD原位制备三维石墨烯/一维碳纳米管负载铜纳米颗粒材料的方法。该方法能够有