本发明专利技术公开一种铜基体表面生长富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维的制备方法，该制备方法采用以下工艺：1.制备复合催化剂前驱体；首先制备含有催化元素Fe、Co或Ni与形核元素Y或La的混合硝酸盐催化剂溶液，催化元素与形核元素的质量比为0.1-10，然后采用浸渍涂层方法在表面改性后的铜基体上负载一层复合催化剂溶液，再将该铜基体放入真空干燥箱中，在80-100℃下干燥1小时，得到表面上均匀分布有复合催化剂前驱体的铜基体；2.采用化学气相沉积技术（CVD），在铜基体表面上直接自组装制备富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维的复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料制备技术，具体为设计一种新型复合催化剂，采用化学气相 沉积法在。
技术介绍
富勒烯是继金刚石及石墨之后被发现的第3种碳的同素异形体，是以C6(l或C7Q为 首的一组球壳状碳分子的总称。自1985年9月4日Smalley等首次在激光束照射石墨的产 物中得到C6(l的质谱图后，不到一周的时间内就又观察到了内嵌金属富勒烯的存在。随后， 在1991年日本电气公司的Iijima又发现了碳纳米管(CNTs)。由于富勒烯和CNTs具有独 特的物理、化学性质以及巨大的潜在应用价值，吸引了众多科学家们的浓厚兴趣，迅速成为 研究的重点，并成功开发出了多种相关制备技术，如电弧放电法、激光蒸发法、火焰法、高频 加热蒸发法、太阳能法、萘高温分解法和主要是制备CNTs的化学气相沉积法(CVD)等。但 是，到目前为止，虽然出现了各种各样合成富勒烯的方法，但是目前任何一种富勒烯制备方 法，都未确立廉价的、大量制造富勒烯的工艺，且富勒烯的产率较低，纯化过程复杂。而已应 用于商业化制备CNTs的CVD方法具有设备简单、成本低廉和易操作等优点，是目前最具前 景的方法之一。而采用CVD合成碳纳米材料的关键是选择合适的催化剂，遗憾的是到目前 为止，还未有报道过此类有效催化剂用来CVD合成富勒烯的研究。近年来，人们通过将富勒烯功能化的方法，如接上小分子、聚合物以及碳纳米管 等，使富勒烯具有了新的性质。将富勒烯共价或非共价键合于特定的体系可使其卓越的特 性与该体系性质相结合，从而得到具有新的性质与技术应用的新型复合材料，可应用于高 温超导材料、生物医学材料、非线性光学材料，导电器件等。例如，Nasibulin等人合成了 一种新型的CNTs-C6(i杂化材料，这种材料展示了独特的冷却电子发射能力，在平板显示领 域具有广阔的应用前景。另外，西班牙的科学家通过化学方法合成了一种单壁碳纳米管 (SWCNTs)-C60的复合物，这种材料在光学、电学以及材料领域具有潜在的应用前景。但是这 些方法对实验环境要求非常严格，工艺过程十分复杂，并且富勒烯杂化的效率很低，直接制 约了富勒烯杂化复合材料的实际应用。因此如何低成本、低污染、高效率地工业化生产富勒 烯杂化碳纳米复合材料是使其得到实际应用的当务之急。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种铜基体表面生长富 勒烯掺杂多孔碳纳米纤维的制备方法，该制备方法工艺过程简单，成本低廉，所得的富勒烯 掺杂多孔碳纳米纤维复合材料性能优越，适合工业化生产。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，设计一种铜基体表面生长富勒烯掺杂多 孔碳纳米纤维的制备方法，该制备方法采用以下工艺1)制备复合催化剂前驱体首先制备含有催化元素Fe、Co或Ni与形核元素Y或La的混合硝酸盐催化剂溶液，催化元素与形核元素的质量比为0. 1-10，然后采用浸溃涂层方法在表面改性后的铜基体上 负载ー层复合催化剂溶液，再将该铜基体放入真空干燥箱中，在80-100°C下干燥I小吋， 得到表面上均匀分布有复合催化剂前驱体的铜基体；所述混合硝酸盐催化剂溶液的浓度为 0. 0001-lmol/L ;所述铜基体的表面改性为等离子体处理或微氧化处理，等离子处理为氩气 等离子处理，处理时间为0. 5-10min ;微氧化处理是在空气中处理，处理温度100_300で，处 理时间0. l-2h ；2)在铜基体表面制备富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维复合材料取步骤I)所得表面上匀布有复合催化剂前驱体的铜基体，放入石英舟中，将石英 舟置于反应管中部恒温区，在氩气保护下升温至200-400°C，并在此温度下煅烧l_4h，进行 分解反应；然后将温度升到600-950°C，通入混合反应气体，进行催化裂解反应；所述混合 反应气体为氩气、氢气与こ炔气体按100-400 5-200 5-100的流量比配制，反应0. l-5h 后，关掉混合反应气体，保温0-lh，然后在氩气氛围下，将炉温降至室温，即得到铜基体表面 生长富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维的复合材料。与现有技术相比，本专利技术设计了同时包含催化与富勒烯形核双功能的新型Fe基 复合催化剂，并且采用化学气相沉积技术(CVD)在铜基体表面低成本自组装合成富勒烯掺 杂多孔碳纳米纤维复合材料，所得产品的石墨化程度高，具有更优异的物理化学性能。本发 明方法具有以下优势(I)エ艺简单，成本低廉。一歩直接合成富勒烯掺杂碳纳米纤维复合 材料，简化了エ艺流程，大大节约了成本；(2)无污染，环境友好。目前组装富勒烯复合材料 的方法通常要用强酸或其他有毒化学品对样品进行改性处理，容易造成环境污染。本专利技术 不需要任何化学或物理处理，整个过程都在稳定友好的环境下进行，能够最有效的利用富 勒烯和碳纤维的优点，是ー种緑色技木；(3)所采用化学气相沉积技术(CVD)エ艺成熟，适 于エ业化推广应用。附图说明图I为本专利技术制得的铜 基体表面生长富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维复合材料的形貌照片图；其中，(a)为SEM图片；(b)为TEM图片；(c)、(d)分别为BF-STEM和HAADF-STEM的放大图片；(e)、(f)分别为图(c)、(d)中的1、2局部区域的放大图片；图2为本专利技术铜基体表面生长富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维的方制备法制得的铜 基体表面生长富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维复合材料的拉曼光谱图。具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一歩叙述本专利技术本专利技术设计的(简称制 备方法，參见图1-2)，该制备方法是通过设计ー种新型复合催化剂和精确控制制备エ艺过 程，采用化学气相沉积技术(CVD)在铜基体表面上直接自组装制备富勒烯掺杂多孔碳纳米 纤维复合材料(简称复合材料)。其具体エ艺过程是I)制备复合催化剂前驱体取样本铜片或铜箔，将铜片先用机械方法抛光，抛光之后的样本铜片依次在蒸馏水-丙酮-酒精中进行超声波清洗，干燥后进行等离子体处理或微氧化处理后备用(铜箔 不用抛光，直接依次在蒸馏水-丙酮-酒精中进行超声波清洗，干燥后进行等离子体处理或 微氧化处理后备用)；再配置催化剂溶液，催化剂溶液为Fe基、Ni基或Co基复合催化剂， 由九水硝酸铁、六水硝酸镍或六水硝酸钴与六水硝酸钇或硝酸镧的混合水溶液配置而成， 其中九水硝酸铁、六水硝酸镍或六水硝酸钴的浓度为O. 0001-lmol/L，铁、镍或钴与钇的质 量比为O. 1-10 ;然后将处理后的样本铜片或铜箔浸入上述复合催化剂溶液中，使样本铜片 或铜箔上负载一层催化剂溶液，再将该铜片或铜箔放入真空干燥箱中，在80-100°C下干燥 I小时，得到均匀分布在铜基体表面的钇掺杂或镧掺杂的复合催化剂前驱体催化剂前驱体； 所述等离子处理为氩气等离子处理，处理时间O. 5-10min ;所述微氧化处理是在空气中处 理，处理温度100-300°C，处理时间O. l-2h ；2)在铜基体表面制备富勒烯掺杂多孔碳纳米纤维复合材料取步骤I)所得均布有复合催化剂前驱体的铜片或铜箔，放入石英舟中，将石英舟 置于反应管中部恒温区，在氩气保护下升温至200-400°C，并在此温度下煅烧l_4h，进行分 解反应；然后将温度升到600-95(TC，通入混合反应气体，进行催化裂解反应；所述混合反 应气体为氩气、氢气与乙炔气体按Ar H2 C本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：康建立，赵乃勤，秦凯强，张虎，师春生，孙荣禄，乔志军，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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