一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和储氢应用。本发明专利技术提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。根据实施例的记载，本发明专利技术所述的碳纳米管复合材料具有优良的储氢性能。所述的碳纳米管复合材料具有优良的储氢性能。所述的碳纳米管复合材料具有优良的储氢性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及储氢材料
，尤其涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能作为“零碳”能源，具有极高单位质量能量密度，可以替代日益枯竭的化石能源，减缓化石燃料使用造成的环境污染。发展“净零排放”可持续利用的氢能系统，是实现“深度脱碳”的重要路径。车载燃料电池是最具发展潜力的氢能应用方向。因此，如何将氢气存储在小、轻且安全的材料中并实现高效的储存和释放是当前研究的重要课题之一。
[0003]物理吸附储氢是一种将氢气通过范德华力可逆的吸附在高比表面积多孔材料上的储氢方式。这一可逆过程属于物理变化，并不会使氢分子发生解离现象。这类材料主要包括碳基材料及其衍生物、无机多孔材料等，这类材料具有储氢方法简单和吸、放氢分子容易等明显的优点。碳纳米管作为常见的一维碳材料，具有低密度、高比表面积、高导电性和高导热性等一系列优点，但是其固有的疏水性，必须在其表面氧化形成缺陷，增加碳纳米管的极性进而提高对氢的吸附，如羟基、羧基等官能团。然而过多的含氧官能团的引入又会在一定程度上降低其吸放氢速度，并且碳纳米管表面官能团带来的悬挂键导致碳纳米管的能量过高造成其结构不稳定，发生团聚。调控碳纳米管对氢分子吸脱附性能最直接的方式是改变其表面性质，一方面氢的扩散速率影响吸放氢动力学性能，因此减小氢分子与碳纳米管壁之间的摩擦力，进而增强氢分子在纳米通道中的扩散速度；另一方面，调控纳米管表面电子结构，进而调整纳米管与氢分子之间的相互作用，调节氢分子在纳米通道中的扩散速度，然而随着碳纳米管中氢吸附数量增加，影响氢分子进一步的扩散。因此，氢在碳纳米管表面的扩散能力及其与碳纳米管之间作用共同决定碳纳米管对氢存储能力。碳纳米管的功能化策略主要取决于结构以及材料的化学性质。但是目前并没有一种有效策略来提升氢分子在碳纳米管基复合材料表面的吸脱附能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，所述碳纳米管复合材料对氢气具有优异的吸脱附能力。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；
[0007]所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；
[0008]所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。
[0009]优选的，所述改性碳纳米管和纳米粒子的质量比为(95～99)：(1～5)；
[0010]所述改性碳纳米管和PLLA的质量比为(95～99)：(1～5)。
[0011]优选的，所述过渡金属元素包括Ni；
[0012]所述稀土金属元素包括La。
[0013]优选的，所述改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将碳纳米管和碱液混合，进行超声处理，得到预处理后的碳纳米管；
[0015]将所述预处理后的碳纳米管和乙二醇混合，进行第一改性，得到羟基改性的碳纳米管；
[0016]将所述羟基改性的碳纳米管和含有酰胺基化合物溶液混合，进行第二改性，得到所述改性碳纳米管。
[0017]优选的，所述碳纳米管包括氮掺杂的单壁碳纳米管、镍掺杂的单壁碳纳米管、氮掺杂的多壁碳纳米管和镍掺杂的多壁碳纳米管中的一种或几种；
[0018]所述碱液包括氢氧化钠溶液、氨水溶液或碳酸钠溶液。
[0019]优选的，所述超声处理的温度为30～60℃，时间为1～6h；
[0020]所述第一改性在搅拌的条件下进行，所述第一改性的温度为30～60℃，时间为1～4h。
[0021]优选的，所述含有酰胺基化合物溶液中的酰胺基化合物包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基丙酰胺、丙酰胺、丙烯酰胺、2
‑
羟基异丁酰胺、N
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异丙基乙酰胺和N
‑
苯基甲酰胺中的一种或几种。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述的碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将改性碳纳米管和PLLA溶液混合，进行负载，得到所述碳纳米管复合材料；
[0024]或将改性碳纳米管和有机金属前驱体溶液混合，进行负载后，煅烧，得到所述碳纳米管复合材料。
[0025]优选的，所述有机金属前驱体溶液中的有机金属前驱体包括乙酰丙酮镍和/或乙酰丙酮镧。
[0026]本专利技术还提供了上述技术方案所述的碳纳米管复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳纳米管复合材料在储氢领域中的应用。
[0027]本专利技术提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。本专利技术在碳纳米管的表面增加改性基团可以增加碳纳米管的极性，提高碳纳米管对氢的吸附，PLLA的长链又为碳纳米管建立了氢气扩散通道，进而提高储氢性能；同时，由于碳纳米管具有中空结构和大的比表面积，通过羟基和酰胺基对碳纳米管的改性使得碳纳米管对纳米粒子有很强的吸附能力，纳米粒子能被均匀的引入到碳纳米管中，纳米粒子对氢具有较强的吸附能力，可以进一步增强碳纳米管的储氢能力，同时，碳纳米管表面均匀分散的金属离子又为氢扩散提供通道。根据实施例的记载，本专利技术所述的碳纳米管复合材料具有优良的储氢性能。
附图说明
[0028]图1为实施例1和2所述碳纳米管复合材料的高倍透射电镜图；
[0029]图2为实施例4和5所述碳纳米管复合材料的高倍透射电镜图；
[0030]图3为实施例6和7所述碳纳米管复合材料的高倍透射电镜图；
[0031]图4为实施例6、7、9、10、11和12所述碳纳米管复合材料的XRD图；
[0032]图5为实施例6、9、10和11所述碳纳米管复合材料的XPS图；
[0033]图6为实施例7和12所述碳纳米管复合材料的XPS光谱；
[0034]图7为实施例7、10、11、对比例1和对比例2所述材料在
‑
196℃的氮气吸附和解吸等温线。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；
[0036]所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；
[0037]所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。
[0038]在本专利技术中，所述改性碳纳米管和纳米粒子的质量比优选为(95～99)：(1～5)，更优选为(96～98):(2～4)。所述改性碳纳米管和PLLA的质量比优选为(95～99)：(1～5)，更优选为(96～98):(2～4)。
[0039]在本专利技术中，所述纳米粒子的粒径优选为5～50nm，更优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管复合材料，其特征在于，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。2.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管和纳米粒子的质量比为(95～99)：(1～5)；所述改性碳纳米管和PLLA的质量比为(95～99)：(1～5)。3.如权利要求1或2所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述过渡金属元素包括Ni；所述稀土金属元素包括La。4.如权利要求1或2所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管和碱液混合，进行超声处理，得到预处理后的碳纳米管；将所述预处理后的碳纳米管和乙二醇混合，进行第一改性，得到羟基改性的碳纳米管；将所述羟基改性的碳纳米管和含有酰胺基化合物溶液混合，进行第二改性，得到所述改性碳纳米管。5.如权利要求4所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述碳纳米管包括氮掺杂的单壁碳纳米管、镍掺杂的单壁碳纳米管、氮掺杂的多壁碳纳米管和镍掺杂的多壁碳纳米管中的一种或几种；所述碱液包括氢氧化钠溶液、氨水溶液或碳酸钠溶液。6.如权利要求4所述的碳纳米管复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧，汤浩，袁乔乔，朱俊翔，沈鑫慧，曹本亮，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：