一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法
【專利摘要】本發明公開了一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法。該方法過程包括：先制備納米多孔銅基體；將硝酸鎳和硝酸釔兩種溶液按照體積比進行混合得到的混合溶液；將納米多孔銅基體與混合溶液浸漬混合獲得前驅體；經過化學氣相沉積法制備得到螺旋碳納米纖維材料。本發明的優點在于；相比于其他方法，納米多孔銅不僅提供了較大的催化劑附著面積，而且自身發揮高的催化活性充當主要的催化劑，一步催化反應大量制備出質量好純度高的螺旋碳納米纖維，而且具有工藝簡單，易于控制，且成本低廉，環境友好和重現性較好的特點，易于實現和推廣。
【專利說明】一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法，屬于碳納米材料的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]螺旋形碳纖維自發現以來，由于其獨特的螺旋特性受到廣泛關注。螺旋碳纖維是一種功能型碳纖維，具有耐熱性、化學穩定性、電熱傳導性、熱膨脹性低、耐摩擦、磨損低、密度低等一般碳纖維的優異性能，然而特殊的螺旋形態和結構使其還具有高彈性、耐沖擊性、吸波和儲氫等性能，廣泛應用于電極材料、傳感器和能量儲存等領域。
[0003]目前國內外關于制備螺旋碳纖維的方法主要以化學氣相沉積法(CVD)為主，以低碳烴化合物為碳源，納米金屬Fe、N1、Cu、Au、Ag以及其合金粒子為催化劑在較低溫度下制備螺旋碳纖維。崔作林等在250°C裂解酒石酸銅IOmin得到納米銅粉為催化劑，然后在250-400°C之間催化乙炔制備出新型螺旋碳纖維。另外，又利用納米銅鎳合金為催化劑，乙炔為碳源制備出對稱生長的螺旋納米纖維，制備催化劑過程需要真空條件或者借助氫電弧等離子法。目前的螺旋碳纖維還存在難以大量制備、制備過程可控性差、步驟繁瑣或成本較聞等技術缺陷問題。
[0004]經過檢索尚未發現目前利用多孔金屬負載納米金屬粒子為催化劑大量制備螺旋碳納米纖維材料的報導論文或專利。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種在納米多孔銅(NPC)上負載Ni/Y納米粒子直接制備螺旋碳納米纖維材料的方法，該方法過程簡單，可控性好、產量高。
[0006]本發明是通過以下技術方案加以實現的，一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法，其特征在于包括以下過程:
(1)將厚度為4(T50iim的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥，置于配制的0.025-0.25M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，置于去離子水中洗滌。然后放入真空干燥箱60-80°C干燥l_2h，制得納米多孔銅(NPC)；
(2)按鎳與釔的質量比為(1-5):1，將硝酸鎳和硝酸釔加入去離子水中，配制0.001-0.01mol/L的硝酸鎳和硝酸釔的混合溶液；
(3)將步驟(1)制得的納米多孔銅置入步驟(2)的溶液中，浸潰6-12小時，經過80-100°C干燥1-2小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在氬氣氛圍下以5-10°C /min升溫至400-450°C，恒溫煅燒1-2小時，然后以5-1 (TC /min升溫至500_600°C，以100ml/min流速通入氫氣還原反應0.5-1小時，在納米多孔銅基體上負載Ni/Y催化劑；在200ml/min氬氣的保護下，以5-10ml/min的升溫速度升溫至600_800°C后，然后以240_300mL/min流速通入乙炔和氬氣的混合氣進行催化裂解，其中乙炔和氬氣體積比為1:(20-40)，生長0.2h-lh，然后在200ml/min氬氣氛圍下降至室溫，得到在納米多孔銅上直接生長的螺旋碳納米纖維。
[0007]本發明的優勢在于:以納米多孔銅(NPC)為模板催化劑，結合Ni/Y納米粒子采用化學氣相沉積法一步催化合成螺旋碳納米纖維，相比于其他方法，納米多孔銅不僅提供了較大的催化劑附著面積，而且自身發揮高的催化活性充當主要的催化劑，一步催化反應大量制備出質量好純度高的螺旋碳納米纖維，而且制備過程和設備簡單易于實現和推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為實施例一所制得的納米多孔金屬銅材料的SEM圖。
[0009]圖2為實施例一所制得的螺旋碳納米纖維的SEM圖。
[0010]圖3為實施例一所制得的螺旋碳納米纖維局部放大的SEM圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合實例對本發明做進一步的描述，這些實例只是用于說明本發明，并不限制本發明。
[0012]實施例一
將長15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時,然后以10°C /min升溫至6 00°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時，得到負載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體，在溫度600°C生長lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長出螺旋碳納米纖維。
[0013]本實施例得到的螺旋碳納米纖維材料，樣品經SEM掃描圖分析，該螺旋碳纖維纖維直徑100-120nm、螺旋螺距180_200nm、螺旋直徑180_200nm。
[0014]實施例二
將長15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取0.29g六水硝酸鎳和0.126g六水硝酸釔，配制成0.01mol/L的溶液，再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時,然后以IO0C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時，得到負載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體,在溫度600°C生長lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長出螺旋碳納米纖維。
[0015]實施例三
將長15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至450°C,恒溫煅燒1.5小時,然后以10°C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時，得到負載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔IS氣的混合氣體，在溫度600°C生長lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長出螺旋碳納米纖維。
[0016]實施例四
將長15mm、寬3mm、厚度50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時,然后以10°C /min升溫至600°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時，得到負載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。再以10°c /min升溫至700°C,然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔氬氣的混合氣體，生長lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長出螺旋碳納米纖維。
[0017]實施例五
將長15mm、寬3mm、厚度 50 y m的的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥,置于濃度為0.025M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，用去離子水中洗滌至中性，然后把樣品放入真空干燥箱60°C干燥lh，得到納米多孔銅(NPC)。分別稱取
0.029g六水硝酸鎳和0.0126g六水硝酸釔,配制成0.001mol/L的溶液,再將納米多孔銅放置此溶液中浸潰12h，然后置于真空干燥箱中100°C干燥I小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在IS氣200ml/min的氛圍下以10°C /min升溫至400°C,恒溫煅燒1.5小時,然后以10°C /min升溫至500°C，以100ml/min的氣量通入氫氣還原0.5小時，得到負載Ni/Y催化劑的納米多孔銅基體。再以10°c /min升溫至600°C,然后以6ml/min和240ml/min分別通入乙炔氬氣的混合氣體，生長lh，最后在納米多孔銅基體上直接生長出螺旋碳納米纖維。
【權利要求】
1.一種在納米多孔銅上直接生長螺旋碳納米纖維的方法，其特征在于包括以下過程: (1)將厚度為4(T50iim的Cu3tlMn7tl條塊用去離子水清洗表面后干燥，置于配制的.0.025-0.25M稀鹽酸溶液中進行自由腐蝕，直到基本沒有氣泡溢出時取出樣品，置于去離子水中洗滌，然后放入真空干燥箱60-80°C干燥l_2h，制得納米多孔銅； (2)按鎳與釔的質量比為(1-5):1，將硝酸鎳和硝酸釔加入去離子水中，配制.0.001-0.01mol/L的硝酸鎳和硝酸釔的混合溶液； (3)將步驟(1)制得的納米多孔銅置入步驟(2)的溶液中，浸潰6-12小時，經過.80-100°C干燥1-2小時，將其放入石英舟中，在管式爐的恒溫區，在氬氣氛圍下以5-10°C /min升溫至400-450°C，恒溫煅燒1-2小時，然后以5_10°C /min升溫至500_600°C，以100ml/min流速通入氫氣還原反應0.5-1小時，在納米多孔銅基體上負載Ni/Y催化劑；在200ml/min氬氣的保護下，以5-10ml/min的升溫速度升溫至600_800°C后，然后以240_300mL/min流速通入乙炔和氬氣的混合氣進行催化裂解，其中乙炔和氬氣體積比為1:(20-40)，生長.0.2h-lh，然后在200ml/min氬氣氛圍下降至室溫，得到在納米多孔銅上直接生長的螺旋碳納米纖維。
【文檔編號】C23C16/02GK103526176SQ201310453577
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】趙乃勤, 張迪, 師春生, 康建立, 劉恩佐, 何春年 申請人:天津大學