本发明专利技术提供了一种多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法。该方法包括：用硝酸对多壁碳纳米管进行高温处理，清洗后超声分散到水中；加入镉源，形成镉源的浓度为0.1mol/L-1.5mol/L的悬浊液，镉源和多壁碳纳米管的摩尔比为0.1-2∶1，悬浊液的pH值调至1-5，超声处理1-4h后，进行水热处理，得到反应溶液；反应溶液蒸干后得到中间产物，用二甲基亚砜清洗中间产物；清洗后的中间产物与二甲基亚砜混合，进行溶剂热反应后，离心、清洗，得到填充了硫化镉的多壁碳纳米管。本发明专利技术还提供了一种多壁碳纳米管内填充硫化镉的复合材料。本发明专利技术所提供的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法可将硫化镉填充到多壁碳纳米管中，填充率高于60％，而且操作工艺简单、反应条件温和、可控性强、生产成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别涉及一种采用湿化学法在多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法，属于先进纳米材料制备
。
技术介绍
硫化镉是一种良好的窄带半导体，对可见光有优异的光电响应，在光电管、光敏电阻、太阳能电池、光催化剂等领域有很好的应用前景。但硫化镉的形貌和微结构对其性能影响非常之大，尤其是其在制备过程中极易团聚，易形成大块硫化镉，使得性能大大降低。碳纳米管是一种具有高导电导热，高比表面积、高机械强度，高吸附等优良性能的一维纳米材料，因其众多的优点在很多高
如光电材料，储能材料，传感器，生物器件等具有传统材料无可比拟的优势，而在材料、物理、化学、生物等学科引起广泛的研究。将碳纳米管和硫化镉耦合，可以结合两种材料的优良性能，制得高光电性能的复合材料，而被研究人员广泛关注。迄今为止，已有众多的方法报道制备碳纳米管和硫化镉复合材料。Cao 等(Jian Cao, Jinzhi Sun, Jian Hong, Hanyin Li, Hongzheng Chen, Mang WangCarbon Nanotube/CdS Core - Shell Nanowires Prepared by a Simple Room-TemperatureChemical Reduction Method, Adv.Mater, 2004, 16, 84-87)报道了一种室温化学还原法制备碳纳米管硫化镉核壳纳米线的方法；Robel等(Istvdin Robel, Bruce A.Bunker, andPrashant V.Kamat Single-ffalled Carbon Nanotube - CdS Nanocomposites asLight-Harvesting Assemblies:Photoinduced Charge Transfer Interactions, Adv.Mater.2005, 17，2458 - 2463)证实了硫化镉碳纳米管复合材料中二者之间光生电荷的快速转移效应。CN102173408A公开了一种缓慢释放硫源的共沉淀法合成壳层厚度可调的碳纳米管硫化镉壳芯核壳结构复合材料的方法，CN101624175B公开了一种共沉淀法可控合成硫化镉碳纳米管壳芯异质结复合材料的方法，CN101070153B公开了一种福照合成法制备的硫化镉包覆碳纳米管复合纳米材料。所报道的多种方法制备的碳纳米管和硫化镉复合材料之间因存在异质结，促进电子的快速转移和分离，提高了硫化镉的光电性能，可用于多个研究领域，如光催化，光电极，气敏元件等。但目前所报道复合材料大多是硫化镉沉积或包覆在碳纳米管上，将硫化镉填充在碳纳米管中的研究还很少。而碳纳米管有丰富尺寸均一的内孔道，可保证填充到中空管腔内的活性物种处于纳米尺度，有很好的纳米限域效应。将硫化镉填充在碳纳米管中即可得到固定尺寸的硫化镉纳米粒子，阻止硫化镉的团聚，又可以结合碳纳米管的优异光电性能。此外，对于光催化降解有机物污染物而言，碳纳米管由于其巨大的比表面积和表面疏水性，对共存污染物尤其是有机污染物具有很强的吸附能力，这种富集作用可以增加硫化镉与有机物的接触，从而提高其光催化性能。因此，硫化镉填充在碳纳米管中的异质结复合材料将在光电和光催化领域有巨大的应用潜力。填充碳纳米管主要有原位合成法，物理填充法和化学填充法。由于原位合成法对设备要求高，操作复杂，物理填充法只适合一些低表面张力的物质，适用范围窄，而化学填充法是一种操作工艺简单，可控性强的常用填充法。已有多种物质被报道通过化学法填充到碳纳米管中。Pan等使用湿化学通过毛细管作用将Rh, Mn, Li, Fe (Xiulian Pan, ZhongliFan, Wei Chen, Yunjie Ding, Hongyuan Luo and Xinhe Bao Enhanced ethanol productioninside carbon-nanotube reactors containing catalytic particles, NatureMaterials,2007,7,507 - 51 1)和 Fe2O3 (Wei Chen, Xiulian Pan,Marc-Georgffillinger, Dang Sheng Su, and Xinhe Bao, Facile Autoreduction of Iron Oxide/Carbon Nanotube Encapsulates, J.Am.Chem.Soc., 2006, 128, 3136-3137)填充到碳纳米管中。CN101456079A所公开的技术方案使用相同的方法将铅纳米粒子填充到碳纳米管中，单质和氧化物的填充可采用先将前驱体填充到碳纳米管中然后在还原或氧化气氛下干法处理而制得。而US6090363A所提供的技术方案在对硫化镉等硫化物采用该方法填充时，常使用H2S等剧毒物质作为硫源，并且操作工艺复杂。湿化学填充硫化镉操作工艺简单，条件温和，安全可控，但至今鲜有报道，Huang等(Qing Huang and Lian Gao, Synthesis andcharacterization of CdS/multiwalled carbon nanotube heterojunctions, Nanotechnology 15.2004.855-1860)在制备碳纳米管担载硫化镉的复合材料时发现有少部分硫化镉填充在碳纳管中，但填充率很低。综上所述，提供一种选择性高，制备成本低，可将硫化镉有效填充到碳纳米管内的方法是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供，该方法可将硫化镉选择性的填充到多壁碳纳米管中，而且反应条件温和、可控性强、生产成本低。为了达到上述目的，本专利技术提供了，该方法包括以下步骤:步骤一:用硝酸对多壁碳纳米管进行高温处理，清洗后将多壁碳纳米管超声分散到水中；步骤二:加入镉源，形成镉源的浓度为0.lmol/L-1.5mol/L的悬浊液，其中，所述镉源和所述多壁碳纳米管的摩尔比为(0.1-2): 1，将悬浊液的pH值调至1-5，超声处理后，进行水热处理，得到反应溶液；步骤三:将上述反应溶液蒸干后得到中间产物，用二甲基亚砜清洗中间产物；步骤四:将清洗后的中间产物与二甲基亚砜混合，进行溶剂热反应后，离心、清洗，得到填充了硫化镉的多壁碳纳米管。在本专利技术所提供的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法中，硝酸采用浓硝酸即可；优选地，所采用的硝酸的浓度为50-70wt % ;更优选地，所采用的硝酸的浓度为65wt %。在本专利技术所提供的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法中，优选地，所采用的镉源包括氯化镉、乙酸镉和硝酸镉等中的一种或几种的组合。在本专利技术所提的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法中，优选地，所采用的多壁碳纳米管的内径为3-20nm。在本专利技术中，多壁碳纳米管的内径的测量按照常规方法进行统计测量即可，而碳纳米管的摩尔量则通过碳纳米管的质量除以碳的摩尔质量(约为12g/mol)算出。根据本专利技术的具体实施方案，调节pH可用盐酸、硝酸等质子酸。在本专利技术所提的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法中，优选地，所述步骤一中高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法，其包括以下步骤：步骤一：用硝酸对多壁碳纳米管进行高温处理，清洗后将多壁碳纳米管超声分散到水中；步骤二：加入镉源，形成镉源的浓度为0.1mol/L‑1.5mol/L的悬浊液，其中，所述镉源和所述多壁碳纳米管的摩尔比为0.1‑2:1，将悬浊液的pH值调至1‑5，超声处理1‑4h后，进行水热处理，得到反应溶液；步骤三：将所述反应溶液蒸干后得到中间产物，用二甲基亚砜清洗中间产物；步骤四：将清洗后的中间产物与二甲基亚砜混合，进行溶剂热反应后，离心、清洗，得到填充了硫化镉的多壁碳纳米管。
【技术特征摘要】
1.一种多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法，其包括以下步骤: 步骤一:用硝酸对多壁碳纳米管进行高温处理，清洗后将多壁碳纳米管超声分散到水中； 步骤二:加入镉源，形成镉源的浓度为0.lmol/L-1.5mol/L的悬浊液，其中，所述镉源和所述多壁碳纳米管的摩尔比为0.1-2:1，将悬浊液的pH值调至1-5，超声处理l_4h后，进行水热处理，得到反应溶液； 步骤三:将所述反应溶液蒸干后得到中间产物，用二甲基亚砜清洗中间产物； 步骤四:将清洗 后的中间产物与二甲基亚砜混合，进行溶剂热反应后，离心、清洗，得到填充了硫化镉的多壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法，其中，所述硝酸的浓度为 50-70wt%。3.根据权利要求1或2所述的多壁碳纳米管内填充硫化镉的方法，其中，所述硝酸的浓度为65wt%。4.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管内...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雅君，崔晓峰，韩善磊，张云暖，姜桂元，徐春明，赵震，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11
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