一種制備氮摻雜碳納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用氮源制備含氮復(fù)合導(dǎo)電材料的制備技術(shù)，特別是一種制備氮摻雜碳納米管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多導(dǎo)電碳材料中，碳納米管(carbon nanotube;CNT)因其具有獨特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的導(dǎo)電性能以及可以在三維空間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，近年來被廣泛用來改善L1-S電池電極材料的電化學(xué)性能。為了解決鋰硫電池遇到的循環(huán)性能差和電池庫侖效率的低的難題，科研人員將不同種類的導(dǎo)電碳材料與硫復(fù)合，期望能夠提高L1-S電池的電化學(xué)性能。但是在這些復(fù)合材料中仍存在不足，在電池循環(huán)過程中，CNT不能有效地抑制5?2—的流失，導(dǎo)致電池循環(huán)性能的下降。為了避免在充放電過程中多硫聚合物過多的溶解在電解液中，最好的辦法是對CNT-S納米復(fù)合材料進(jìn)行摻雜，但是通常的摻雜方法僅僅局限于常用的幾種氮源(尿素、水合肼)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對以上所需氮源的局限性，選用一種含硫氮源作為氮源，成功將其中的氮元素?fù)竭M(jìn)碳納米管(CNT)中。電化學(xué)測試結(jié)果表明氮摻雜在整體上提高了復(fù)合材料電極的放電比容量、循環(huán)性能和倍率性能。
[0004]該方案的原理如下，實驗條件將混合物先經(jīng)強酸處理后，只需滿足在650?850°C的高溫條件，使得含硫氮源中的C-N單鍵發(fā)生斷裂，使氮原子成功地?fù)竭M(jìn)碳納米管(CNT)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0005]具體步驟為:
(I)將70?10mg含硫氮源與350?500mg碳納米管(CNT)混合放入研缽中充分研磨50?60分鐘。
[0006](2)將體積比為1:4-1:2的濃H2SO4與濃HNO3混合。
[0007](3)將步驟(I)所得物放入步驟(2)所得物中溫和超聲24?72小時，用去離子水稀釋，并通過0.22?0.45微米微孔膜過濾除雜。
[0008](4)將步驟(3)所得物重新分散在去離子水中并用堿性溶液將pH值調(diào)至中性，隨后在60°C的烘箱中烘干。
[0009](5)將步驟(4)所得物置于惰性氣體氣氛的石英管中燒至650?850°C，保持10?20小時，使得N充分的擴(kuò)散到碳納米管的空隙中去，待溫度降至室溫，得到氮摻雜碳納米管。
[0010]所述含硫氮源為噻唑、噻二唑、苯并噻二唑、二巰基噻二唑和咔唑中的一種。
[0011 ] 所述堿性溶液為Na0H、K0H和氨水中的一種。
[0012 ]所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣和氖氣中的一種。
[0013]本發(fā)明克服了僅僅局限于常用的兩種氮源(尿素、水合肼)的缺點，工藝簡單、成本較低、化學(xué)組分易于控制，很好地提高碳納米管的電導(dǎo)率，使氮很好的摻進(jìn)碳納米管中，使碳納米管的導(dǎo)電性能得到改善。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例1制得的氮摻雜碳納米管(NCNTM^SEM圖譜。
[0015]圖2為本發(fā)明實施例1碳納米管(CNT)與氮摻雜碳納米管(NCNT)的XRD圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
(I)將7100mg分析純噻唑與500mg碳納米管(CNT)混合放入研缽中充分研磨60分鐘。
[0017](2)將體積比為1:2的市售濃H2SO4與市售濃HNO3混合。
[0018](3)將步驟(I)所得物放入步驟(2)所得物中溫和超聲24小時，用去離子水稀釋，并通過0.22微米微孔膜過濾除雜。
[0019](4)將步驟(3)所得物重新分散在去離子水中并用分析純NaOH將pH值調(diào)至中性，隨后在60°C的烘箱中烘干。
[0020](5)將步驟(4)所得物置于氮氣氣氛的石英管中燒至700°C，保持18小時，使得N充分的擴(kuò)散到碳納米管(CNT)的空隙中去，待溫度降至室溫，得到氮摻雜碳納米管，標(biāo)記為:NCNTo
[0021]實施例2:
(I)將10mg噻二唑與350mg碳納米管(CNT)混合放入研缽中充分研磨60分鐘。
[0022](2)將體積比為1:4的市售濃H2SO4與市售濃HNO3混合。
[0023](3)將步驟(I)所得物放入步驟(2)所得物中溫和超聲48小時，用去離子水稀釋，并通過0.45微米微孔膜過濾除雜.(4)將步驟(3)所得物重新分散在去離子水中并用分析純KOH將pH值調(diào)至中性，隨后在60°C的烘箱中烘干。
[0024](5)將步驟(4)所得物置于氬氣氣氛的石英管中燒至800°C，保持10小時，使得N充分的擴(kuò)散到碳納米管(CNT)的空隙中去，待溫度降至室溫，得到氮摻雜碳納米管，標(biāo)記為:NCNTo
【主權(quán)項】
1.一種制備氮摻雜碳納米管的方法，其特征在于具體步驟為: (1)將70?10mg含硫氮源與350?500mg碳納米管混合放入研缽中充分研磨50?60分鐘； (2)將體積比為1:4?1:2的濃H2SO4與濃HNO3混合； (3)將步驟(I)所得物放入步驟(2)所得物中溫和超聲24?72小時，用去離子水稀釋，并通過0.22-0.45微米微孔膜過濾除雜； (4)將步驟(3)所得物重新分散在去離子水中并用堿性溶液將pH值調(diào)至中性，隨后在601的烘箱中烘干； (5)將步驟(4)所得物置于惰性氣體氣氛的石英管中燒至650?850°C，保持10?20小時，待溫度降至室溫，得到氮摻雜碳納米管； 所述含硫氮源為噻唑、噻二唑、苯并噻二唑、二巰基噻二唑和咔唑中的一種； 所述堿性溶液為Na0H、K0H和氨水中的一種； 所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣和氖氣中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備氮摻雜碳納米管的方法。（1）將70~100mg含硫氮源與350~500mg碳納米管混合放入研缽中充分研磨50~60分鐘；（2）將體積比為1:4~1:2的濃H2SO4與濃HNO3混合；（3）將步驟（1）所得物放入步驟（2）所得物中溫和超聲24~72小時，用去離子水稀釋，并通過0.22~0.45微米微孔膜過濾除雜；（4）將步驟（3）所得物重新分散在去離子水中并用堿性溶液將pH值調(diào)至中性，60℃烘干；（5）將步驟（4）所得物置于惰性氣體氣氛的石英管中燒至650~850℃，保持10~20小時，使N充分的擴(kuò)散到碳納米管的空隙中去，降至室溫，得到氮摻雜碳納米管。本發(fā)明工藝簡單，成本低，很好地提高碳納米管的電導(dǎo)率，使氮很好的摻進(jìn)碳納米管中，使碳納米管的導(dǎo)電性能得到改善。
【IPC分類】H01M4/36, H01M4/38
【公開號】CN105514397
【申請?zhí)枴緾N201610117650
【發(fā)明人】肖劍榮, 王宏哲, 程勇, 李新宇, 馬家鋒, 蔣愛華
【申請人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年3月2日