專利名稱：一種硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異質(zhì)納米復(fù)合材料的制備，尤其是涉及一種硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
自1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，一維納米材料一直是研究的熱點(diǎn)之一。在成功合成了各種納米管和納米線后，異質(zhì)多層復(fù)合納米材料的合成近年來引起了越來越多的關(guān)注。通過在半徑方向上把不同類型的納米管或納米線結(jié)合起來，可以制備不同類型和具有不同功能的一維復(fù)合納米材料。由于碳納米管具有眾多優(yōu)異的物理、化學(xué)和機(jī)械等性能，而且碳納米管的批量制備方法已經(jīng)比較成熟，用碳納米管作為模板，通過化學(xué)鍍或其它物理方法在其表面沉積金屬或金屬氧化物，可以制備一維的金屬(或金屬氧化物)-納米碳管復(fù)合材料。另外，利用納米碳管的孔道結(jié)構(gòu)，往里面填充金屬、非金屬以及其它化合物也可以制備一維的異質(zhì)納米復(fù)合材料。
1992年Tenne等(Tenne R.，Margulis L.，Genut M.，Hodes G.，Nature 1992，360444；Margulies L.，Salitra G.，Tenne R.，Talianker M.，Nature，1993，365113)首次報(bào)道了具有納米管和富勒烯結(jié)構(gòu)過渡金屬硫化物(MoS2和WS2)。與碳納米管相比，這類非碳的無機(jī)類富勒烯納米材料具有一些新的物理化學(xué)特性，在作為電鏡探針、超導(dǎo)、催化、電子學(xué)和納米摩擦學(xué)方面具有廣泛的潛在應(yīng)用。由于將CNT和這些無機(jī)類富勒烯納米材料復(fù)合，可能會(huì)得到具有新性能的材料。最近人們?cè)谥苽淞蚧f或硫化鎢包覆碳納米管的一維復(fù)合納米管方面進(jìn)行了研究(Whitby R.L.D.，Hsu W.K.，F(xiàn)earon P.K.等，Chemistry of Materials，2002，142209；Hsu W.K.，Zhu Y.Q.，Kroto H.W.等，Applied Physics Letter，2000，774130)。他們的制備方法主要是先在碳管表面包覆相應(yīng)的金屬氧化物，然后在H2S/H2/N2氣氛下進(jìn)行還原和硫化反應(yīng)。但是這種方法的缺點(diǎn)使制備過程中過程需要使用有毒的H2S氣體，反應(yīng)溫度都很高(大約在900-1000℃)。因此，這種制備方法所采用的設(shè)備也比較復(fù)雜，設(shè)備成本較高。Song X.C.等也報(bào)道了先在碳納米管表面包覆硫代鉬酸銨，然后在高溫下進(jìn)行熱分解，制備硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的方法(Song X.C.，Xu Z.D.，Zheng Y.F.，等，ChineseChemical Letter，2004，15623)。但是這種方法也需要較高的反應(yīng)溫度和較復(fù)雜的反應(yīng)設(shè)備系統(tǒng)，單次合成的量也很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法，用這種方法可以在碳納米管表面包覆2～6層的硫化鉬，包覆在碳納米管表面的硫化鉬具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1)以碳納米管為模板，分別用鉬酸鹽和硫脲為鉬源和硫源；2)先將鉬酸鹽和硫脲溶解在水溶液中，鉬酸鹽在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～1.5％，硫脲在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～2.0％，然后用超聲波使碳納米管均勻分散在該溶液中，碳納米管在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在0.1％～0.5％，混合物放在密閉于不銹鋼的聚四氟乙烯的內(nèi)膽中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200～250oC，反應(yīng)時(shí)間為20～40小時(shí)；然后自然冷卻，過濾后用去離子水反復(fù)沖洗。最后真空干燥后，得到硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管樣品。
所述的鉬酸鹽為鉬酸鈉和鉬酸銨。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有的有益的效果是1)本發(fā)明的硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法避免了硫化氫有毒氣體的使用，反應(yīng)溫度較低，所需要的反應(yīng)設(shè)備也簡單，成本低；2)用本發(fā)明的的水熱合成方法，硫化鉬在碳納米管表面的包覆比較均勻；3)本發(fā)明的硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法適合于批量合成；4)這種水熱合成的硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管在摩擦學(xué)、高性能復(fù)合材料、催化劑載體方面具有廣泛的應(yīng)用。


附圖為實(shí)施例1硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的高分別透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1質(zhì)量百分比濃度為0.5％的鉬酸鈉和0.7％的硫脲水溶液60毫升放入100mL的高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中，然后加入100mg的多壁碳納米管(直徑20～40nm)，用超聲波處理使碳納米管均勻分散在溶液中。含有該混合物的聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼外套中密封，在240℃下恒溫24小時(shí)。然后自然冷卻，過濾后用去離子水反復(fù)沖洗。最后真空干燥后，得到硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管樣品。用X-射線衍射，高分別透射電鏡和能量散射譜分析證明有2～4層的硫化鉬均勻地包覆在碳納米管的表面，包覆在碳納米管表面的硫化鉬具有良好的晶體結(jié)構(gòu)(見附圖)。
實(shí)施例2質(zhì)量百分比濃度為0.2％的鉬酸鈉和0.2％的硫脲水溶液60毫升放入100mL的高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中，然后加入60mg的多壁碳納米管，用超聲波處理使碳納米管均勻分散在溶液中。含有該混合物的聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼外套中密封，在250℃下恒溫20小時(shí)。然后自然冷卻，過濾后用去離子水反復(fù)沖洗。最后真空干燥后，得到硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管樣品。用X-射線衍射，高分別透射電鏡和能量散射譜分析證明有2～3層的硫化鉬均勻地包覆在碳納米管的表面，包覆在碳納米管表面的硫化鉬具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3質(zhì)量百分比濃度為1.5％的鉬酸銨和2.0％的硫脲水溶液60毫升放入100mL的高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中，然后加入300mg的多壁碳納米管，用超聲波處理使碳納米管均勻分散在溶液中。含有該混合物的聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼外套中密封，在230℃下恒溫30小時(shí)。然后自然冷卻，過濾后用去離子水反復(fù)沖洗。最后真空干燥后，得到硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管樣品。用X-射線衍射，高分別透射電鏡和能量散射譜分析證明有2～6層的硫化鉬均勻地包覆在碳納米管的表面，包覆在碳納米管表面的硫化鉬具有良好的晶體結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法，其特征在于1)以碳納米管為模板，分別用鉬酸鹽和硫脲為鉬源和硫源；2)先將鉬酸鹽和硫脲溶解在水溶液中，鉬酸鹽在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～1.5％，硫脲在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～2.0％，然后用超聲波使碳納米管均勻分散在該溶液中，碳納米管在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在0.1％～0.5％，混合物放在密閉于不銹鋼的聚四氟乙烯的內(nèi)膽中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200～250℃，反應(yīng)時(shí)間為20～40小時(shí)；然后自然冷卻，過濾后用去離子水反復(fù)沖洗。最后真空干燥后，得到硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求一種合成硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱方法，其特征在于所述的鉬酸鹽為鉬酸鈉和鉬酸銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硫化鉬包覆碳納米管的復(fù)合納米管的水熱合成方法。先將鉬酸鹽和硫脲溶解在水溶液中，鉬酸鹽在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～1.5％，硫脲在水溶液中的質(zhì)量百分比濃度在0.2％～2.0％。用超聲波使碳納米管均勻分散在該溶液中，碳納米管在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在0.1％～0.5％?；旌衔锓旁诿荛]于不銹鋼的聚四氟乙烯的內(nèi)膽中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為200～250oC，反應(yīng)時(shí)間為20～40小時(shí)。透射電鏡、高分辨透射電鏡觀察和能量散射分析表明碳納米管表面被的硫化鉬包覆，硫化鉬的層數(shù)在2～6層。這種復(fù)合納米管在摩擦學(xué)、高性能復(fù)合材料的制備、催化劑載體、微探針等方面具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法簡便，避免了硫化氫有毒氣體的使用。
文檔編號(hào)C09C1/44GK1613918SQ20041006653
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥, 徐鑄德 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)