本发明专利技术提供了一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，将氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，碳纳米管加入在含有硝酸铽的浓硝酸中，超声分散，在１２０～１４０℃的油浴中回流３～８小时，当被回流的混合液温度降到室温时，用１５～７０ｍｏｌ／Ｌ的可溶性碱进行滴定，滤膜过滤，洗涤、在６０～１００℃下干燥５～１２小时；在惰性气氛中，从室温升至２５０℃，在２５０℃保持１～２小时后，再升温至４００～７００℃，保持０．５～３小时，冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。本发明专利技术方法简单，具有良好的催化性、电性能和光学性能，在催化剂、传感器、纳米光电子器件等领域具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种碳纳米管新型复合材料的制备方法，特别是涉及一种三氧化二铽组装碳纳米管新型复合材料的制备方法。
技术介绍
碳纳米管以其独特的物理、化学特性，引起了科学家极大的关注。研究表明，用无机、有机、生物材料组装碳纳米管会产生更加优异的物理和化学特性，如更好的电性能、光学性能、机械性能、吸附性能和吸波特性等，将具有更广阔的应用前景，同时还可利用碳纳米管为模板进行组装制备纳米线和纳米管，这些纳米线和纳米管将是下一代纳米器件的重要原料。组装后的碳纳米管将在催化剂、传感器、半导体材料、数据存储等方面具有重要应用。目前国内外报导的填充碳纳米管的主要方法有弧光放电法、物理法和化学法。无机物质包覆碳纳米管的主要方法溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热或溶剂热法、化学镀法、气相沉积法等。稀土化合物具有独特的发光性、电性能和磁性，三价稀土氧化物是最稳定的稀土化合物，被广泛用于高性能光传感器，光转换器，磁性相应器，有机和生物反应的催化剂中。氧化铽是一种重要稀土发光材料，其良好的功能性取决于其组成和结构，一维纳米结构的氧化铽，将具有尺寸效应和量子效应，碳纳米管以其优异磁性、电学、机械性和独特的孔腔结构已引起科学界的广泛关注，用以碳纳米管为模板组装三氧化二铽将表现出更加优异的光学性、磁性、和电性能，具有更广阔的应用前景。Lei Fu等在Adv Mater 16(2004)350上描述-->了利用化学气相沉积法将三氧化二铕包覆在碳纳米管上，TirandaiHemraj-Benny等在2004在Chem Mater 16(2004)1855上报道了稀土化合物锚固在氧化后的单壁碳纳米管表面。Lei Cao等在Chem Mater15(2003)3247上报道了利用毛细填充的方法把HErPc2组装到碳纳米管孔腔中。在Adv Mater 15(2003)909上报道了以碳纳米管为模板制备了HErPc2纳米线。以上对碳纳米管进行组装主要是用稀土化合物包覆或填充碳纳米管，虽然单纯的包覆和填充的制备技术在不断完善，但包覆率和填充率不高仍是尚未解决的难题，这必将影响组装后材料的性能。用稀土化合物对碳纳米管同时进行包覆和填充，可望使组装后的碳纳米管的性能达到预期效果，而包覆和填充同时进行的组装方法还未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，以弥补现有技术的不足，满足生产和有关领域发展的需要。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与浓硝酸混合，加入碳纳米管，超声分散，在120～140℃的油浴中回流3～8小时，当被回流的混合物温度降到室温时，用浓度为15～70mol/l的碱溶液进行滴定，至溶液的pH值为8～10，滤膜过滤，滤出物用去离子水多次洗涤后，进一步在60～100℃下干燥5～12小时，获得氢氧化铽组装的碳纳米管；(2)将步骤(1)获得的氢氧化铽组装的碳纳米管在惰性气氛中，从室温升至250℃，在250℃保持1～2小时后，再升温至400～700℃，保持0.5～3小时，在惰性气氛下冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。作为优选的技术方案：-->所述的硝酸铽晶体与浓硝酸在400～800转/分钟的转速下搅拌混合。所述的碱溶液包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等可溶性碱中的一种或其混合物。所述的碱溶液优选氨水。所述的碳纳米管的平均管径为20～40nm的多壁碳纳米管。所述的硝酸铽晶体的摩尔数与浓硝酸的体积比为：1～3mol/L。所述的硝酸铽晶体与碳纳米管的质量比为：2～4∶1。所用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.2μm。所述的惰性气氛为氮气，氩气或氖气中的一种或几种，惰性气体的流量为0.5～5升/分钟，升温速度为3～10℃/分钟。由此可见，具体实施该方法可分为两大步：第一步是将氢氧化铽组装在碳纳米管上；第二步是将氢氧化铽组装的碳纳米管制备成三氧化二铽组装的碳纳米管。本专利技术的基本原理是这样的：碳纳米管在含有金属离子铽的硝酸中回流，在碳纳米管壁引入能锚固铽离子的羧基、羟基、羰基等官能团，锚固在碳纳米管壁上的铽离子与加入的氨水中的氢氧根离子反应，使氢氧化铽包覆在碳纳米管上，经过煅烧形成三氧化二铽包覆的碳纳米管。碳纳米管在硝酸回流的过程中，在碳纳米管壁上引入官能团的同时，碳纳米管关闭的端口被打开，铽盐溶液通过毛细作用进入碳纳米管的孔腔，在加入氨水的过程中会有部分或全部铽盐生成氢氧化铽，在接下来的煅烧过程中。孔腔中的铽盐和氢氧化铽全部转化为三氧化二铽填充的碳纳米管。本专利技术的有益效果是：方法简单，具有良好的催化性、电性能和光学性能，在催化剂、传感器、纳米光电子器件等领域具有良好的应用前景。附图说明图1.三氧化二铽组装碳纳米管前后的X射线衍射图图2.组装前碳纳米管的透射电镜照片-->图3.三氧化二铽组装碳纳米管后的透射电镜照片图4.三氧化二铽组装碳纳米管后的高分辨电镜照片具体实施方式 实施例1将3.2g七氧化四铽溶于浓硝酸中，加热去除多余的硝酸，蒸发至干，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与40ml浓硝酸在400转/分钟的转速下搅拌混合，然后加入1g碳纳米管，超声分散，在120℃的油浴中回流6小时，当被回流的混合物温度降到室温时，用15mol/L的氨水进行滴定，滴定至pH为8，被滴定的溶液用滤孔直径为0.65μm的滤膜过滤，滤出物用去离子水多次洗涤后，在80℃烘箱中干燥10小时，滤出物干燥后，得到氢氧化铽组装的碳纳米管，放入石英舟中，装入管式气氛炉，通入氮气，气体流量1升/分钟，升温速度为5℃/分钟，从室温升至250℃，保温1小时后，以10℃min-1升温至650℃，在650℃下煅烧2小时，在氮气保护下自然冷却至室温，最后得到黑色粉末状样品为三氧化二铽组装的碳纳米管。图1为本实施例制备的三氧化二铽组装碳纳米管的X射线衍射图，图中a为碳纳米管的X射线衍射结果，b为组装后的碳纳米管X射线衍射结果与JCPDS卡片43-1032对照表明：组装物为三氧化二铽，图中衍射峰分别是三氧化二铽(222)晶面、(440)晶面、(400)晶面、(622)晶面、(211)晶面、(431)晶面的衍射峰。图2为碳纳米管原料的透射电镜照片，管径约为30nm。碳纳米管内外表面都很光滑，未见其他物质包覆，中间衬度浅的部分是空纳米管管腔，衬度深的部分是纳米管管壁，管壁的厚度大约为10nm(管径的三分之一)，图3为三氧化二铽组装碳纳米管的透射电镜照片，I所示的碳纳米管外表面不再光滑，中问衬度浅的空腔消失，整个管子衬度较深，说明碳纳米管被三氧化二铽包覆，II表明了链状三氧化二铽晶体填充在碳纳米管的管腔中。-->图4三氧化二铽组装碳纳米管的高分辨透射电镜照片，通过不同的晶格间距，可以看出碳纳米管同时被包覆和填充。表1.碳纳米管包覆三氧化二铽前后的电性能对比结果表1.三氧化二铽组装碳纳米管前后的电性能结果 样品 电阻率(Ωcm) 碳纳米管 0.01093 氧化铽组装的碳纳米管 0.00319从表1可看本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与浓硝酸混合，加入碳纳米管，超声分散，在１２０～１４０℃的油浴中回流３～８小时，当被回流的混合物温度降到 室温时，用浓度为１５～７０ｍｏｌ／ｌ的碱溶液进行滴定，至溶液的ｐＨ值为８～１０，滤膜过滤，滤出物经洗涤，在６０～１００℃下干燥５～１２小时，获得氢氧化铽组装的碳纳米管；（２）将步骤（１）获得的氢氧化铽组装的碳纳米管在惰性气氛中，从室 温升至２５０℃，在２５０℃保持１～２小时后，再升温至４００～７００℃，保持０．５～３小时，在惰性气氛下冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与浓硝酸混合，加入碳纳米管，超声分散，在120～140℃的油浴中回流3～8小时，当被回流的混合物温度降到室温时，用浓度为15～70mol/l的碱溶液进行滴定，至溶液的pH值为8～10，滤膜过滤，滤出物经洗涤，在60～100℃下干燥5～12小时，获得氢氧化铽组装的碳纳米管；(2)将步骤(1)获得的氢氧化铽组装的碳纳米管在惰性气氛中，从室温升至250℃，在250℃保持1～2小时后，再升温至400～700℃，保持0.5～3小时，在惰性气氛下冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。2.根据权利要求1所述的一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，硝酸铽晶体与浓硝酸在400～800转/分钟的转速下搅拌混合。3.根据权利要求1所述的一种氧化铽组装碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液包括氨水、...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹慧群，朱美芳，李耀刚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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