專利名稱：一種二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳納米管復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別是提供了一種二氧 化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
自碳納米管首次被發(fā)現(xiàn)并能夠大批量生產(chǎn)以來，碳納米管這種 新型材料在性能和應(yīng)用方面得到了廣泛的研究。碳納米管是由類似石 墨的六邊形網(wǎng)格所巻曲而成的中空和兩端封閉的多層管狀物。碳納米 管直徑在幾納米到幾十納米之間，長度可達(dá)數(shù)微米，它的層片間距一
般為0.34nm。由于其具有極大的比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性，以及獨特 的電子結(jié)構(gòu)、孔腔結(jié)構(gòu)和吸附性能，也被認(rèn)為是一種良好的載體。近 幾年來，由于碳納米管管壁的官能化的發(fā)展，加之其優(yōu)良的電子傳導(dǎo) 性，對反應(yīng)物種和反應(yīng)產(chǎn)物的特殊吸附及脫附性能，特殊的孔腔空間 立體選擇性，碳與金屬催化劑的金屬-載體強(qiáng)相互作用以及碳納米管 的量子效應(yīng)而導(dǎo)致的特異性催化和光催化性質(zhì)，使其越來越多地用 作催化劑載體。二氧化鈰具有特殊的光學(xué)和化學(xué)性能，在異質(zhì)催化中 引起越來越多的關(guān)注，并且在三元催化及車輛尾氣處理中表現(xiàn)出優(yōu)良 的性能。因此，以鈰鹽和多壁碳納米管(MWCNTs)為原料，在表面活 性劑和堿的作用下，在多壁碳納米管表面包覆二氧化鈰(Ce02)納米粒 子，得到Ce(VMWCNTs復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料。 作為一種制備金屬氧化物/碳納米管復(fù)合材料的通用方法，可用于很 多種金屬元素氧化物/碳納米管復(fù)合材料的制備，其制備工藝簡單， 原材料價格低廉，無毒無害，反應(yīng)溫度適中，能耗低。
本發(fā)明的技術(shù)方案是首先以強(qiáng)氧化性酸對多壁碳納米管進(jìn)行表 面處理，然后將處理后的多壁碳納米管超聲分散于表面活性劑溶液， 混合物在三口燒瓶中不斷攪拌，依次加入鈰鹽溶液和堿，體系經(jīng)反應(yīng)、 陳化、過濾、烘干、煅燒后得到二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料復(fù) 合材料。其工藝步驟如下-
步驟(a): 1重量份干燥的碳納米管原料，加入0.1 100重量份強(qiáng) 氧化性酸，沸騰回流0.5 100hr，小時，以漏斗抽濾，反復(fù)洗滌多次 至中性，在0 18(TC，得到酸化的碳納米管；步驟(b):加入步驟(a)所得酸化碳納米管1重量份、鈰鹽1 100 重量份和表面活性劑1 100重量份和去離子水1 100重量份，以 0~100 kHz超聲波處理10~1000 min后，加熱到20°C~200°C ，攪拌下 反應(yīng)0.5 100h，加入1 100重量份堿液，攪拌下反應(yīng)0.5 100hr， 靜置0.5 100h，抽濾并反復(fù)洗滌后，0~180 r空氣中干燥， 10(TC 40(TC下煅燒，得到二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的碳納米管為催化熱解、電弧放電、模板法以及激光 蒸發(fā)方法制備的多壁碳納米管；所述的強(qiáng)氧化性酸包括硝酸、硫酸、 硝酸和硫酸混合酸，還有添加有高錳酸鉀或者H202的鹽酸、硝酸、 硫酸或它們的混合酸；所述的堿液為NaOH、 NaAc、 (NH3)2C03、氨 水中的任何一種或其任意2-3種的混合物；所述的鈰鹽為Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中的任何一種；所述的表面活性劑為SDS、 CTAB、 PEG、 TEA、 TX-100中的任何一種或其任意2-3種的混合物。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
作為一種制備金屬氧化物/碳納米管復(fù)合材料的通用方法，可用 于很多種金屬元素氧化物/碳納米管復(fù)合材料的制備，其制備工藝簡 單，原材料價格低廉，無毒無害，反應(yīng)溫度適中，能耗低。


圖1為Ce02/MWCNTs復(fù)合材料的透射電子顯微鏡照片。 圖2為Ce(VMWCNTs復(fù)合材料的XRD譜圖。 圖3為Ce(VMWCNTs復(fù)合材料的EDS譜圖。 圖4為Ce02/MWCNTs復(fù)合材料的紅外光譜。
具體實施例方式
將lg多壁碳納米管投入60ml濃硫酸(98%)和180ml濃硝酸 (65%)的混酸中，沸騰回流4小時，抽濾，在120'C下干燥1小時， 得到酸處理后的多壁碳納米管。
將0.2g酸處理后的多壁碳納米管加入到50mL0.1 mol/L的十二 烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液中,超聲30 min,攪拌1 h,加入 0.1mol/L的Ce(N03)3水溶液，再攪拌1 h，溫度控制在65 °C,然后邊 攪拌邊滴入100mL的25% 28%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的濃氨水，繼續(xù)攪拌5h， 陳化10h,離心，用去離子水洗滌3 4次，取出沉淀物，8(TC下烘干: 烘干的粉末在空氣中400 "C焙燒，得到CeCVMWCNTs復(fù)合材料。
使用JEOL JSM-2010型透射電子顯微鏡對Ce02/MWCNTs復(fù)合 材料的形貌進(jìn)行表征，結(jié)果如圖l所示，多壁碳納米管表面均勻連續(xù)
4地包覆上一層Ce02粒子，粒子直徑在30nm-40nm左右。
使用島津XRD—6000型X射線粉末衍射儀對Eu(TTA)3phen和 Ce(VMWCNTs復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，CuKa射線，X為 0.15406nm，掃描速度為10。/min ,測量范圍為3°~90°。結(jié)果如圖2所 示。20=26°出現(xiàn)多壁碳納米管的特征峰。其余是Ce02的特征峰，其 峰強(qiáng)度大，且無其他雜質(zhì)峰，說明負(fù)載于MWCNTs上的Ce02的晶型 良好。
使用日本島津EPM—810Q電子探針顯微分析儀(EDS)對 Ce(VMWCNTs復(fù)合材料進(jìn)行元素定性定量測定。結(jié)果如圖3所示，產(chǎn) 物中存在鈰元素，鈰原子在Ce02/MWCNTs復(fù)合材料中所占的比例為 16.18%。
使用Nlcolet-210型傅立葉紅外光譜儀對Ce(VMWCNTs復(fù)合材 料的紅外光譜進(jìn)行表征，測量范圍400cm"-4000cm—1。結(jié)果如圖4所 示，471 cm'1是Ce(VMWCNTs復(fù)合材料中Ce-O鍵的伸縮振動峰， 1640 cm—1是CeCVMWCNTs復(fù)合材料中游離水的O-H面內(nèi)變形振動 峰，Ce02/MWCNTs復(fù)合材料的1000 cm.1左右的吸收帶是多壁碳納 米管上羥基C-O鍵的伸縮振動峰，3390 cm"是多壁碳納米管上羥基 O-H伸縮振動峰。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料，其特征在于反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行步驟(a)1重量份干燥的碳納米管原料，加入0.1～100重量份強(qiáng)氧化性酸，沸騰回流0.5～100hr，小時，以漏斗抽濾，反復(fù)洗滌多次至中性，在0～180℃，得到酸化的碳納米管；步驟(b)加入步驟(a)所得酸化碳納米管1重量份、鈰鹽1～100重量份和表面活性劑1～100重量份和去離子水1～100重量份，以0～100kHz超聲波處理10～1000min后，加熱到20℃～200℃，攪拌下反應(yīng)0.5～100h，加入1～100重量份堿液，攪拌下反應(yīng)0.5～100hr，靜置0.5～100h，抽濾并反復(fù)洗滌后，0～180℃空氣中干燥，100℃～400℃下煅燒，得到二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料及其 制備方法，其特征在于步驟(a)中所用的碳納米管為催化熱解、電弧 放電、模板法以及激光蒸發(fā)方法制備的多壁碳納米管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料及其 制備方法，其特征在于步驟(a)所用強(qiáng)氧化性酸包括硝酸、硫酸、硝 酸和硫酸混合酸，還有添加有高錳酸鉀或者H202的鹽酸、硝酸、硫 酸或它們的混合酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料及其 制備方法，其特征在于步驟(b)所用的堿液為NaOH、 NaAc、 (NH3)2C03、氨水中的任何一種或其任意2-3種的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料及其 制備方法，其特征在于步驟(b)所用的鈰鹽為Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中時任何一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料及其 制備方法，其特征在于步驟(b)所用的表面活性劑為SDS、 CTAB、 PEG、 TEA、 TX-100中的任何一種或其任意2-3種的混合物。
全文摘要
一種二氧化鈰/多壁碳納米管復(fù)合材料，屬于碳納米管復(fù)合材料制備領(lǐng)域。特征在于以鈰鹽和多壁碳納米管(MWCNTs)為原料，在表面活性劑和堿的作用下，在多壁碳納米管表面包覆二氧化鈰(CeO₂)納米粒子，得到CeO₂/MWCNTs復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于作為一種制備金屬氧化物/碳納米管復(fù)合材料的通用方法，可用于很多種金屬元素氧化物/碳納米管復(fù)合材料的制備，其制備工藝簡單，原材料價格低廉，無毒無害，反應(yīng)溫度適中，能耗低。
文檔編號B01J23/10GK101559360SQ20081010426
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者雷 趙, 郭廣生 申請人:北京化工大學(xué)