專利名稱：一種自組裝氮化碳納米管的制備方法以及由該方法制得的納米管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自組裝氮化碳納米管的制備方法以及由該方法制得的納米管，屬于新材料領域。
背景技術：
直徑在2 及其以下的納米管，由于直徑尺寸的細化，其表面電子結構和晶體結構發生變化，產生了神奇的量子效應和表面效應等作用，從而具有一系列奇異的物理和化學性質，從而成為新的基礎和技術研究熱點。然而迄今為止雖然碳納米管的合成方法已經非常多而且技術很成熟，碳氮化合物的納米管合成方法很少。由于在原子層次上調控雙成分生長的難度較大，ニ元化合物納米管的合成受到限制。碳氮化合物在催化及超硬材料領域頗受關注。利用有機物與氮化碳表面的多種基團的結合，可以提高碳氮聚合物的多祥性。傳統的氮化碳納米材料(包括納米管、納米帶和納米管)都是通過高溫燒結或高溫揮發合成的。

發明內容
本發明的ー個目的是提供ー種自組裝氮化碳納米管的制備方法，該方法采用自組裝低溫燒結方法，在較低溫度條件下合成出自組裝氮化碳納米管，簡單易行，避免了傳統的氮化碳ー維納米材料固相合成中的高溫燒結エ藝；本發明的另一目的是提供由該方法制得的自組裝氮化碳納米管。本發明的技術方案是一種自組裝氮化碳納米管的制備方法，包括以下步驟首先三聚氰胺加入こニ醇中形成飽和溶液；然后將0. 12±0. 02mol/L的硝酸水溶液緩緩加入其中直至生成大量白色沉淀，將白色沉淀離心分離、こ醇洗滌并60± 10°C干燥，得到白色粉末；將得到的白色粉末至于馬弗爐中350±10°C煅燒0. 6h以上，就可得到自組裝氮化碳納米管。作為優選方案，所述溶劑中硝酸溶液和こニ醇溶液的體積比優選為3 I。作為對本發明技術方案的進ー步掲示，本發明制備方法中，將硝酸溶液加入こニ醇和三聚氰胺組成的混合溶劑中時，應緩緩加入并使用磁力攪拌使之分散均勻；離心分離后，采用こ醇對產品洗滌。干燥方式具體可以采用烘箱烘干方式采用烘箱烘干時，干燥溫度優選為60°C，時間優選為3-6h。為了充分反應，在350°C下煅燒的反應時間一般在Ih左右或以上，優選為lh。本發明還提出了由本發明制備方法得到的自組裝氮化碳納米管。本發明的有益效果是采用自組裝方法，制備條件溫和，不需高溫燒結，エ藝簡單節能；本發明制備方法得到的納米管直徑僅為2 3 ii m ;熒光發藍光并隨灼燒時間延長產生波長紅移；在稀土離子摻雜后可在紫外光激發下發出紅光或綠光；在光照下納米管的電導率明顯增加；在發光、光電導等領域具有大的應用潛力。


圖I是本發明的XRD圖。圖2是本發明實施例I產品制備過程中產生白色沉淀的TG和DSC圖。圖3是本發明實施例I產品的電鏡圖，其中，(a) (C)為SEM圖，(d) (e)為不同放大倍數下的TEM圖。圖4是本發明實施例I產品的突光顯微鏡圖。圖5是本發明實施例I產品在350°C下煅燒不同時間后的紫外可見光吸收譜圖。圖6是本發明實施例I產品在350°C下煅燒不同時間后的突光光譜圖。圖7是本發明實施例I產品不同電壓下的光電導響應圖。圖8是本發明實施例I產品單根納米管不同電壓下的光電導響應圖。圖9是本發明實施例I產品單根納米管不同電壓下的光電導響應數據測量時的 SEM 圖。圖10是本發明實施例I產品單根納米管不同電壓下的光電導響應數據測量時的 SEM 圖。圖11是本發明實施例I產品金屬離子摻雜后紫外光激發下的發光圖。圖12是本發明對比例I產品的XRD圖。圖13是本發明對比例I產品的SEM圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進一步說明。實施例I(I)將三聚氰胺溶于乙二醇中，得到飽和溶液；(2)將O. 12mol/L的硝酸溶液緩慢加入上述飽和溶液中并緩慢攪拌，直至產生大量沉淀；加入硝酸溶液和乙二醇溶液的體積比為3 I。(3)將反應產物離心分離，得到固體粉末，接著用蒸乙醇洗滌，然后在60°C下干燥 5h，得到自組裝氮化碳納米管前軀體；干燥時間選4或6h均可。(4)將得到的自組裝氮化碳納米管前軀體置于馬弗爐中在350°C的溫度下煅燒 Ih,即得到自組裝氮化碳納米管。采用X射管線光衍射(XRD)、熱重(TG)、差熱分析(DSC)、熒光光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和熒光顯微鏡對產品進行分析。 參照圖I是氣化碳納米管的XRD圖，從圖中可以看出，樣品XRD圖有類似石墨的兩個衍射峰，可以推斷樣品微觀結構上的類石墨結構。圖2是實施例I產品制備過程中 產生白色沉淀的TG和DSC圖。從圖中可以看出， 產品在350°C和450°C質量明顯下降，并伴隨明顯放熱峰生成，由此可以推斷實施例I產品制備過程中產生白色沉淀在350°C條件下煅燒會生成類石墨結構的納米管，但在450°C條件下煅燒時，其微觀架構將遭到破壞。圖3是實施例I產品的電鏡圖，由圖可以看出，產品為一維納米管，直徑在2 3 μ m 一下,最細可至200nm,通過破損的管壁可以看到管內為空心結構。圖4是實施例I產品的電鏡圖，由圖可以看出，產品一維納米管是由納米級層狀結構卷曲形成的。圖5是實施例I產品的突光顯微鏡圖，由圖可以看出，樣品在460nm光照下可以發出明亮的綠光。圖6是實施例I產品在350°C下煅燒不同時間后的紫外可見光吸收譜圖，由圖可以看出，在延長煅燒時間后，樣品的光吸收發生明顯的紅移現象。圖7是實施例I產品在350 °C下煅燒不同時間后的熒光光譜譜圖，由圖可以看出， 在延長煅燒時間后，樣品的熒光發射峰發生明顯的紅移現象。圖8是本發明實施例I產品不同電壓下的光電導響應圖，右圖是電壓施加的細節， 由圖可以看出，產品在光照下導電能力明顯增加，且這種變化是穩定可重現的。圖9是本發明實施例I產品單根納米管不同電壓下的光電導響應圖，右圖是電壓施加的細節，由圖可以看出，本產品的單根納米管在光照下導電能力明顯增加，且這種變化是穩定可重現的。圖10是本發明實施例I產品單根納米管不同電壓下的光電導響應數據測量時的 SEM 圖。圖11是本發明實施例I產品金屬離子摻雜后紫外光激發下的發光圖，產品在Tb3+ 摻雜后可以在紫外光激發下發出明亮的綠光，產品在Eu3+摻雜后可以在紫外光激發下發出紅光。對比例I步驟與實例I基本相同，不同之處在于自組裝氮化碳納米管前軀體在馬弗爐中的煅燒溫度改為500°C。圖12是本發明對比例I產品的XRD圖，由圖可以看出，提高燒結溫度后，產品的結構發生了明顯的改變。圖13是本發明對比例I廣品的SEM圖，由圖可以看出，提聞燒結溫度后，廣品的形貌發生了明顯的改變，一維管狀結構消失。
權利要求
1.一種自組裝氮化碳納米管的制備方法，其特征包括以下步驟首先三聚氰胺加入乙二醇中形成飽和溶液；然后將O. 12±O. 02mol/L的硝酸水溶液緩緩加入其中，直至生成大量白色沉淀，將白色沉淀離心分離、乙醇洗滌并60±10°C干燥，得到白色粉末；將得到的白色粉末至于馬弗爐中350±10°C煅燒O. 6h以上，就可得到自組裝氮化碳納米管。
2.按權利要求I所述的自組裝氮化碳納米管的制備方法，其特征在于將硝酸溶液加入乙二醇的三聚氰胺飽和溶液時，需緩緩加入并磁力攪拌使之分散均勻；直至產生大量白色沉淀。
3.按權利要求I或2所述的自組裝氮化碳納米管的制備方法，其特征在于所述溶劑中硝酸溶液和乙二醇溶液的體積比優選為3:1。
4.按權利要求I或2或3所述的自組裝氮化碳納米管的制備方法，其特征在于干燥溫度優選為60°C，時間優選為3-6h。
5.按權利要求I或2或3所述的自組裝氮化碳納米管的制備方法，其特征在于在350°C下煅燒的反應時間lh。
6.權利要求f5任意一項所述制備方法得到的自組裝氮化碳納米管。
全文摘要
本發明涉及一種自組裝氮化碳納米管的制備方法，包括以下步驟首先三聚氰胺加入乙二醇中形成飽和溶液；然后將0.12±0.02mol/L的硝酸水溶液緩緩加入其中，直至生成大量白色沉淀，將白色沉淀離心分離、乙醇洗滌并60±10℃干燥，得到白色粉末；將得到的白色粉末至于馬弗爐中350±10℃煅燒0.6h以上，就可得到自組裝氮化碳納米管。本發明制備條件溫和，燒結溫度低，工藝簡單節能；本發明制備方法合成的納米管有著優異的光電導性能，熒光發光波長隨燒結時間延長而產生波長紅移，用稀土金屬離子進行摻雜后能產生多種顏色的熒光。
文檔編號B82Y40/00GK102616757SQ201210007478
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者周勇, 鄒志剛, 高軍 申請人:南京大學昆山創新研究院