一种分散碳纳米管的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种分散碳纳米管的制备方法及应用，它是采用电解分离法，利用离子插入碳管管壁间的过程，分散碳纳米管，获得碳纳米管分散液；其中所述的电解分离法是采用两电极电解池；所述的碳管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管；所述电极包括正极和负极，正极为待分散的碳纳米管，负极为铂、钛惰性金属。本发明专利技术的优点是采用简单的电离法，将离子基团插入碳管管壁之间，分离碳管，所需时间少，设备简单，绿色环保，可实现高效率的分散碳纳米管，具有工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分散碳纳米管的方法，属于碳纳米管应用

技术介绍
碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的中空一维纳米材料，具有优异的机械性能、导电性、大的比表面积、良好的化学稳定性以及其它多功能特性，可应用于高性能复合材料、超电容和电池等领域。但是碳管比表面积大，相互间范德华力作用大，易团聚和聚集成束，限制了其应用和潜在性能的发挥。目前碳管分散主要采用表面功能化来实现，表面功能化包括共价功能化和非共价功能化。非共价功能化一般是采用表面活性剂，在碳纳米管表面负载表面活性剂，提高碳管的相互间排斥力及润湿性，从而增进分散。共价功能化一般需要采用大量的溶剂，破坏碳纳米管表面结构，影响碳纳米管性能。并且不论是非共价功能化和共价功能化碳纳米管，一般都需要长时间的物理分散过程，如超声处理和搅拌等。碳纳米管分散是实现其应用的必须步骤之一，能否有效、简单、低成本、高效率的实现碳管的分散，是实现其商业化应用的关键点之一。基于此，本申请采用电离过程，利用离子功能团在碳纳米管壁间的插入作用过程，将碳管聚集体打开，获得分散的碳纳米管。采用电解分离碳纳米管的关键在于，带有负电荷的离子功能团，在场作用下，扩散进入碳纳米管管壁之间，与管壁上的正电荷相结合，形成气体分子，气体分子释放，产生膨胀作用，将碳管分离，从而获得碳管分散液。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分散碳纳米管的制备方法，目的在于提高碳纳米管的分散效率，降低分散成本，有利于工业化生产。为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案加以实现的：一种分散碳纳米管的制备方法，其特征在于采用电解分离法，利用离子插入碳管管壁间的过程，分散碳管，获得碳管分散液；其中所述的电解分离法采用两电极电解池；所述的碳管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管；所述电极包括正极和负极，正极为待分散的碳纳米管，负极为铂、钛惰性金属，所控制的电解分离电压为1-20V。本专利技术所述的电解液包括硫酸、硫酸氨、硫酸钾和有机酸乙酸的水溶液，浓度0.1M-5M，也包括它们的混合溶液。本专利技术优选的制备方法，其特征在于所述的电解分离法是采用两电极法，以金属铂为负极、插层处理的碳纳米管为正极，在一定浓度的电解液中，控制电解电压1-20V，依据待处理的碳纳米管的量控制电离时间，观察碳纳米管被电离分散进入电解液中，获得分散的碳纳米管，后经过滤、洗涤，而后再将碳纳米管经超声处理分散于相应的溶液中，包括水、乙醇，N-甲基吡咯烷酮。本专利技术能够高效率制备分散碳纳米管的关键在于采用电解分离法，在电场作用下，将带有负电荷的离子功能团插入碳纳米管管壁之间，与管壁上的正电荷相结合，形成气体分子，气体分子释放，产生膨胀作用，将碳管分离，从而获得碳管分散液。本专利技术一个典型的例子：取双壁碳纳米管聚集体，缠绕在铂网表面，将铂网与直流电源正极相连，作为正极，取另一铂网与直流电源负极相连，作为负极，而后将两个电极浸入1M的H2SO4电解液，调节直流电源，对两个电极施加5V电压，观察在两个电极表面有气泡生成，碳纳米管分散、扩散进入电解液中，而后过滤、洗涤获得电离分散的碳纳米管，再在超声作用下将碳管分散到水中，获得碳管水分散液。本专利技术进一步公开分散碳纳米管的制备方法在制备稳定循环充放电容量锂电池方面的应用，同时也公开了在制备巴基纸方面的应用。实验结果证明：采用本专利技术的方法制备的分散碳纳米管产品作为锂电池电极片装电池，以锂片为对电极，组装成纽扣电池，在充放电速率为40mAh/g时，电池初次放电容量在800-1600mAh/g，稳定循环充放电容量在400-800mAh/g，与目前以商用石墨为电极原料的理论容量372mAh/g相比，具有明显优势。本专利技术电解分离的碳纳米管产品特征如下：（1）结构完整；（2）导电性好。本专利技术在于提供一种分散碳纳米管的方法，降低碳纳米管分散成本，促进碳纳米管产业化应用。附图说明图1：本专利技术实施实例1电解分散碳管扩散进入到电解液的光学照片；图2：本专利技术实施实例1获得的碳管水分散液的光学照片；图3：本专利技术实施实例1获得的分散碳纳米管，经过滤，获得的巴基纸的光学照片；图4：本专利技术比较实施实例将碳纳米管放入1M的H2SO4溶液的光学照片；图5：本专利技术比较实施实例碳纳米管浸在1M的H2SO4溶液经超声处理后的光学照片。具体实施方式下面结合实施例说明本专利技术，这里所述实施例的方案，不限制本专利技术，本领域的专业人员按照本专利技术的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为本发明的范围内，本专利技术的范围和实质都有权利要求来限定；所用双壁碳纳米管制备过程参见(Fengetal.Carbon,Volume48,Issue13,November2010,Pages3817–3824)，其它所用到的试剂与材料均由市售。实施例1：取双壁碳纳米管聚集体，缠绕在铂网表面，将铂网与直流电源正极相连，作为电解正极，取另一铂网与直流电源负极相连，作为电解负极，而后将两个电极浸入1M的H2SO4电解液，调节直流电源，对两个电极施加5V电压，观察在两个电极表面有气泡生成，碳纳米管分散、扩散进入电解液中，如附图1，后经过滤、纯化获得电离分散的碳管，再在超声作用下，将碳管分散到水中，获得碳管水分散液，如附图2，再采用过滤法，获得巴基纸，如附图3。实施例2：同实例1，改变电解分离的碳纳米管为单壁碳纳米管，获得分散的单壁碳纳米管。实施例3：同实例1，改变电解分离的碳纳米管为多壁碳纳米管，获得分散的多壁碳纳米管。实施例4：同实例1，改变电解液为5M的H2SO4。实施例5：同实例1，改变电解液为1M的(NH4)2SO4溶液液，获得分散的双壁碳纳米管。实施例6：同实例1，改变电解液为0.5MH2SO4+0.5M(NH4)2SO4溶液液，获得分散的双壁碳纳米管。实施例6：同实例1，改变电解液为1M的K2SO4溶液液，获得分散的双壁碳纳米管。实施例7：同实例1，改变电解液为1M的乙酸溶液液，获得分散的双壁碳纳米管。实施例8：同实例1，改变电解电压为3V，获得分散的双壁碳纳米管。实施例9：同实例1，改变电解电压为1V，获得分散的双壁碳纳米管。实施例10：同实例1，改变电解电压为20V，获得分散的双壁碳纳米管。实施例11：同实例9，改变电极为钛片，获得分散的双壁碳纳米管。实施例10比较试验：直接取同实例1所用的双壁碳纳米管聚集体，放入到1M的H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散碳纳米管的制备方法，其特征在于采用电解分离法，利用离子插入碳管管壁间的过程，分散碳纳米管，获得碳纳米管分散液；其中所述的电解分离法采用两电极电解池；所述的碳管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管；所述电极包括正极和负极，正极为待分散的碳纳米管，负极为铂、钛惰性金属；所控制的电解电压为1‑20V。

【技术特征摘要】
1.一种分散碳纳米管的制备方法，其特征在于采用电解分离法，利用离子插入碳管管
壁间的过程，分散碳纳米管，获得碳纳米管分散液；其中所述的电解分离法采用两电极电解
池；所述的碳管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管；所述电极包括正极和负
极，正极为待分散的碳纳米管，负极为铂、钛惰性金属；所控制的电解电压为1-20V。
2.权利要求1所述的制备方法，其中的电解液包括硫酸、硫酸氨、硫酸钾和乙酸的水溶
液，浓度0.1M-10M。
3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于取双壁碳纳米管聚集体，缠绕在铂...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建民，李德军，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12