專利名稱：?jiǎn)尉а趸捈{米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法，屬于納米復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳納米管(CNTs)自1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其本身所具有的優(yōu)良電學(xué)性能、明顯的量子效應(yīng)、大的比表面積、高穩(wěn)定性和強(qiáng)吸附性能一直吸引著人們的極大興趣。在最近幾年，通過(guò)對(duì)CNTs表面包覆納米晶，可以獲得在光電，催化，能源等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用的新材料。特別地，在CNTs上包覆各種半導(dǎo)體納米晶，因其同時(shí)可能具備CNTs與半導(dǎo)體納米晶的優(yōu)良性能，正在成為研究熱點(diǎn)。四氧化三鈷是一種重要的P型半導(dǎo)體材料，在壓敏陶瓷、催化劑、傳感器、電化學(xué)物質(zhì)、磁性物質(zhì)等方面有著廣泛的應(yīng)用。因其廣泛的應(yīng)用價(jià)值，制備各種納米尺度四氧化三鈷的方法正在成為研究熱點(diǎn)(Nature，2009，458746-749)。一些研究表明，將四氧化三鈷包覆在CNTs表面所制備的復(fù)合材料能較好的應(yīng)用在電子、催化、新能源等領(lǐng)域。目前文獻(xiàn)報(bào)道的制備方法主要有在超臨界流體中成功制備了多晶的球狀四氧化三鈷包覆多壁碳納米管(Adv. Mater. 2005, 17 :217-221 )，通過(guò)自組裝方法將四氧化三鈷納米粒子組裝到CNTs表面(J. Am. Chem. Soc. 2007, 129，9401-9409)等，但通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱方法， 在MWCNTs表面原位生長(zhǎng)單晶四氧化三鈷納米球尚未見(jiàn)報(bào)道。且單晶四氧化三鈷性能較多晶四氧化三鈷有較大優(yōu)勢(shì)，因此該復(fù)合材料有望在電子、催化、超級(jí)電容器、鋰電等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法，以硝酸鈷為原料， 以乙二醇與水的混合物為溶劑，放入高壓釜中，在100-200°C下反應(yīng)12-30小時(shí)，直接獲得直徑為500-1000nm的單晶四氧化三鈷納米球包覆多壁碳納米管的復(fù)合納米材料。本發(fā)明的的單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法的具體步驟為
(1)稱取0.01-0.08重量份的多壁碳納米管，混合0. 01-0. 10重量份的十六烷基三甲基溴化銨加入5-100重量份的蒸餾水超聲分散10-20分鐘；
(2)量取一定體積的乙二醇加入上述溶液中，要求乙二醇體積與上述溶液體積比在1 5 3:1之間；
(3)將一定量的六水合硝酸鈷溶解到上述溶液中，要求六水合硝酸鈷的濃度為 0. 05^0. 50M ；(4)將上述溶液置于空氣中，室溫下攪拌1(Γ30分鐘；
(5)將步驟(4)得到的混合溶液放入具有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中密封，于 100-200°C下恒溫12-30小時(shí)，從而原位生長(zhǎng)制備了單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物；
(6)產(chǎn)物經(jīng)蒸餾水與無(wú)水乙醇各洗滌3次，真空干燥即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合納米材料。本發(fā)明方法中通過(guò)加入一定量的十六烷基三甲基溴化胺增加CNTs在水中的分散性，同時(shí)有利于吸附鈷離子到CNTs表面。以乙二醇與水按一定的體積比的混合物為反應(yīng)溶劑。從而控制包覆CNTs的四氧化三鈷納米球都為單晶結(jié)構(gòu)，且球的直徑在50(Tl000nm之間。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需特需設(shè)備，且無(wú)需煅燒，制備成本低，直接得到得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。且四氧化三鈷納米球現(xiàn)狀大小均一，均為單晶結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明的復(fù)合材料的粉末XRD衍射圖譜
圖2為本發(fā)明的復(fù)合材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖片；其中(a) (b) (c) (d) (e) (f)分貝對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1-6。圖3為本發(fā)明的復(fù)合材料的透射電鏡照片及其選區(qū)電子衍射照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.05mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中，于120°C下恒溫12小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖 1為本實(shí)施例得到的復(fù)合物的XRD譜圖，圖中除了一個(gè)衍射峰對(duì)應(yīng)CNTs外，其他的衍射峰都很好的對(duì)應(yīng)了四氧化三鈷的衍射峰。峰形尖銳，說(shuō)明包覆的四氧化三鈷結(jié)晶度高。圖2A 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片，直徑800納米左右的四氧化三鈷納米球均勻包覆在CNTs表面，每一個(gè)四氧化三鈷納米球存在CNTs穿過(guò)。圖3為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的TEM照片及其所選四氧化三鈷納米球的SEAD照片， 50(T800nm的四氧化三鈷納米球一個(gè)一個(gè)分別穿在CNTs上，其中插入該圖中的所選四氧化三鈷納米球的SEAD照片，規(guī)整的點(diǎn)陣，說(shuō)明四氧化三鈷納米球?yàn)閱尉ЫY(jié)構(gòu)。實(shí)施例2
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.5mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中， 于120°C下恒溫12小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3
4次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖2(b) 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片。實(shí)施例3
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.5mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中， 于160°C下恒溫12小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3 次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖2(c) 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片。實(shí)施例4
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.5mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中， 于200°C下恒溫12小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3 次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖2(d) 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片。實(shí)施例5
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.2mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中， 于160°C下恒溫20小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3 次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖2(e) 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片。實(shí)施例6
稱取0. 05g CNTs,0. 05g CTAB —并加入20 mL蒸餾水中超聲分散20分鐘后，再加入 20 mL乙二醇，再一并加入0.5mol六水合硝酸鈷使其充分溶解。然后，將上述混合溶液與室溫下攪拌10分鐘。接著將該混合溶液裝入容積50ml帶有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中， 于200°C下恒溫30小時(shí)，然后自然冷卻到室溫。得到的產(chǎn)物用蒸餾水，無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌3 次，70°C真空干燥12小時(shí)，即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。圖2(f) 為四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物的FESEM照片。
權(quán)利要求
1.一種單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于以硝酸鈷為原料，以乙二醇與水的混合物為溶劑，放入高壓釜中，在100-200°c下反應(yīng)12-30小時(shí)， 直接獲得直徑為500-1000nm的單晶四氧化三鈷納米球包覆多壁碳納米管的復(fù)合納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于具體步驟為(1)稱取0.01-0.08重量份的多壁碳納米管，混合0. 01-0. 10重量份的十六烷基三甲基溴化銨加入5-100重量份的蒸餾水超聲分散10-20分鐘；(2)量取一定體積的乙二醇加入上述溶液中，要求乙二醇體積與上述溶液體積比在1 5 3:1之間；(3)將一定量的六水合硝酸鈷溶解到上述溶液中，要求六水合硝酸鈷的濃度為 0. 05^0. 50M ；(4)將上述溶液置于空氣中，室溫下攪拌1(Γ30分鐘；(5)將步驟(4)得到的混合溶液放入具有聚四氟乙烯內(nèi)膽的高壓釜中密封，于 100-200°C下恒溫12-30小時(shí)，從而原位生長(zhǎng)制備了單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物；(6)產(chǎn)物經(jīng)蒸餾水與無(wú)水乙醇各洗滌3次，真空干燥即得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合納米材料。
全文摘要
一種單晶氧化鈷納米球/碳納米管復(fù)合納米材料的制備方法，以硝酸鈷為原料，以乙二醇與水的混合物為溶劑，放入高壓釜中，在100-200℃下反應(yīng)12-30小時(shí)，直接獲得直徑為500-1000nm的單晶四氧化三鈷納米球包覆多壁碳納米管的復(fù)合納米材料。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需特需設(shè)備，且無(wú)需煅燒，制備成本低，直接得到得到單晶四氧化三鈷納米球包覆碳納米管的復(fù)合物。且四氧化三鈷納米球現(xiàn)狀大小均一，均為單晶結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102424430SQ201110243039
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者劉少軍, 盧靈珍, 張永輝, 張愛(ài)勤, 李峰, 肖元化, 陳俊利, 韓莉鋒 申請(qǐng)人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院