專利名稱:一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及納米技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方 法及其應(yīng)用。
背景技術(shù):
納米材料,尤其是金屬納米顆粒,由于它們特別的電學(xué),光學(xué),磁性和催化性能,已 經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的一類新材料。近年來,越來越多的人將工作致力于發(fā)展碳納米管表面化學(xué)修飾的方法,目的是 為了在碳管上嫁接別的更加吸引人的性質(zhì)。將碳納米管和金屬納米顆粒這兩種納米材料搭 配在一起之后形成的這個新復(fù)合材料也許會得到更加好的性質(zhì)?;谏鲜鎏脊芎徒饘偌{米 顆粒各自的良好性能、納米碳材料_金屬納米顆粒復(fù)合物獨特的催化性能被廣泛關(guān)注。自 從1994年第一個碳管-金屬復(fù)合物被報道以來,吸附在碳納米管上的單金屬金屬納米顆粒 已經(jīng)涉及Au、Ag、Ru等?,F(xiàn)今關(guān)于納米顆粒的研究主要集中在一些貴金屬如Au,Ag,Pt等 納米顆粒的性質(zhì)及其在化學(xué)、物理、材料科學(xué)以及生物醫(yī)藥等各個領(lǐng)域的運(yùn)用。一旦碳管和金屬顆粒成功地結(jié)合,所得的復(fù)合材料可以展現(xiàn)出全新的催化和電化 學(xué)性能。由于載體可以影響催化劑的分散性和負(fù)載量等重要因素,催化劑的性能(如活性, 選擇性,使用壽命等)很大程度上取決于載體的選擇。碳納米管具有比表面積適中,充放電能力強(qiáng)等物理及電學(xué)特性。碳納米管超強(qiáng)的 力學(xué)性能可以極大地提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性;獨特的電學(xué)和光學(xué)性能可以改善聚合物 材料的電導(dǎo)率,制備新型的光電聚合物復(fù)合材料;其獨特的結(jié)構(gòu)可以制備金屬或金屬氧化 物填充或包覆的一堆納米復(fù)合材料。碳納米管奇特的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、機(jī)械、電化學(xué)性能,使其在 材料領(lǐng)域的巨大潛力受到廣泛關(guān)注。但是碳納米管之間存在強(qiáng)范德華力而且具有極大的長 涇比,因此易形成大的團(tuán)聚體,如何提高碳納米管的分散性能,消除大的團(tuán)聚,成為制備碳 納米管復(fù)合材料的必需要面對的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述缺陷,提供一種生產(chǎn)方法簡單,反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)物分散性好的 制備多壁碳納米管_鈀復(fù)合材料方法。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。本發(fā)明是一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方法,其特征在于具體步驟如 下步驟a:取碳納米管在硝酸中回流,停止反應(yīng)后,倒入離心試管中,經(jīng)蒸餾水、乙醇 離心洗滌,然后在烘箱中烘干;步驟b 取PdCl2溶解在水中回流,加入上述硝酸處理過的多壁碳納米管,在N2氣 氛下用超聲波處理,用氨水將PH調(diào)節(jié)至8 9,在超聲中將以上混合物緩慢逐滴加入NaBH4 的水溶液中,滴加完畢后,繼續(xù)超聲,將上述產(chǎn)物經(jīng)蒸餾水洗滌,無水乙醇洗滌后烘干。
在本發(fā)明中,步驟a的具體參數(shù)是碳納米管取1. 0克,硝酸50毫升,回流兩個小 時,其溫度是150攝氏度,離心試管在1600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下,每次15分鐘,用蒸餾水離心 洗滌4次,乙醇離心洗滌3次,在80攝氏度的烘箱中烘干;步驟b的具體參數(shù)是=PdCl2溶解50毫克,溶解在10毫升水中,加入240毫克硝 酸處理過的多壁碳納米管,在超聲波(350W)中處理30分鐘,在超聲中混合物滴加入0.4克 NaBH4的10毫升水溶液,滴加完畢后,繼續(xù)超聲30分鐘,上述產(chǎn)物蒸餾水洗滌三次,無水乙 醇洗滌兩次。一種多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的應(yīng)用,其特征在于采用了偶聯(lián)反應(yīng),將碘苯和 丙烯酸異丁酯在DMF作為溶劑,加入醋酸鈉和S-MWCNT-Pd催化劑反應(yīng)。在本發(fā)明中,具體參數(shù)是碘苯0. 5mmol,丙烯酸異丁酯1. 4當(dāng)量, 醋酸鈉加入2當(dāng) 量,S-MWCNT-Pd催化劑3mg,在110攝氏度條件下反應(yīng)8個小時。在本發(fā)明中,反應(yīng)結(jié)束后采用采用柱層析的方法分離產(chǎn)物并用氣相質(zhì)譜和氫核磁 進(jìn)行表征。本發(fā)明采用超聲波處理,提高產(chǎn)物金屬的顆粒的分散性。在催化反應(yīng)中反應(yīng)條件 溫和,產(chǎn)率較高,本方法發(fā)明的步驟簡單,且在常溫下就可以進(jìn)行,節(jié)約能源。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1本發(fā)明在超聲輔助法制備的S-MWCNT-Pd的透射電子顯微鏡照片;圖2本發(fā)明未用超聲輔助制得的MWCNT-Pd的透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方法,在試驗過程中,X射線粉末衍 射用Bruker D8 X射線衍射儀進(jìn)行測試;透射電子顯微鏡在200KV下用JE0L2001TEM顯微 鏡進(jìn)行測試,并附帶測試電子能譜;氣相色譜-質(zhì)譜儀分別為hp 6890和hp 5973 ;H-NMR在 300MHz,⑶(13條件下由匪-1^6(^11儀器測試。其余所用藥品均從商業(yè)途徑獲得,未經(jīng)處
理直接使用。取1. 0克碳納米管在50毫升硝酸中,在150攝氏度的條件下回流兩個小時,停止 反應(yīng)后,將上述均勻黑色體系倒入離心試管中,在1600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下,每次15分鐘,用 蒸餾水離心洗滌4次,乙醇離心洗滌3次,然后在80攝氏度的烘箱中烘干過夜。取50毫克PdCl2溶解在10毫升水中,加入240毫克硝酸處理過的多壁碳納米管, 在N2氣氛下,在超聲波(350W)中處理30分鐘用氨水將PH調(diào)節(jié)至8 9,在超聲中將以上混 合物緩慢逐滴加入0. 4克NaBH4的10毫升水溶液中,滴加完畢后,繼續(xù)超聲30分鐘。上述產(chǎn) 物離心洗滌,蒸餾水洗滌三次,無水乙醇洗滌兩次,烘干過夜。得獲得黑色產(chǎn)物S-MWCNT-Pd。同時,在沒有超聲,只有磁力攪拌的條件下重復(fù)上述步驟,得獲得黑色產(chǎn)物 MWCNT-PcL將本發(fā)明的產(chǎn)物S-MWCNT-Pd,運(yùn)用在催化劑有機(jī)偶聯(lián)反應(yīng)中。其過程是取 0. 5mmol碘苯以及1. 4當(dāng)量的丙烯酸異丁酯在DMF( 二甲基甲酰胺)作為溶劑的條件下,力口入2當(dāng)量的醋酸鈉以及3mg的S-MWCNT-Pd催化劑或3mg的對比產(chǎn)物MWCNT-Pd催化劑,在 110攝氏度條件下反應(yīng)8個小時。反應(yīng)結(jié)束后采用柱層析的方法分離產(chǎn)物并用氣相質(zhì)譜和 氫核磁進(jìn)行表征。圖1、圖2示出了 S-MWCNT-Pd和MWCNT-Pd在透射電子顯微鏡下的照片。如圖1 所示,使用超聲波輔助法制備的S-MWCNT-Pd催化劑在透射電子顯微鏡圖片中可以清楚地 看到納米級別的鈀顆粒負(fù)載在碳納米管上,盡管有較大的團(tuán)聚的顆粒存在,較小的鈀的顆 粒仍然是占據(jù)絕大多數(shù)。如圖2所示,在相應(yīng)的對照實驗條件下,未用超聲輔助得到的產(chǎn)物 MWCNT-Pd催化劑顆粒較大,分散性極差,這樣的對比說明,超聲波震動對產(chǎn)物納米顆粒的分 散性起到?jīng)Q定性作用。對所得的產(chǎn)物進(jìn)行了 X射線粉末衍射的表征,進(jìn)一步探測金屬Pd(鈀)的存在形 式,試驗證明金屬顆粒呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)(fee)。各個尖銳的峰表明金屬顆粒呈現(xiàn)很好的晶 型。在碘苯與丙烯酸異丁酯進(jìn)行Heck偶聯(lián)反應(yīng)中,在S- MWCNT-Pd催化下,反應(yīng)8小 時,得到了 90 %左右的分離產(chǎn)率,而在同樣條件,在MWCNT-Pd催化下,反應(yīng)8小時,得到了 60%左右的分離產(chǎn)率。在沒有催化劑存在時,反應(yīng)不會發(fā)生。本發(fā)明一種制備多壁碳納米管_鈀復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用,透射電子顯微鏡表 征表明,超聲波可以有效提高產(chǎn)物金屬的顆粒的分散性,并且得到粒徑較小的顆粒。X射線 衍射表征表明,金屬鈀以面心立方的晶型存在。S-MWCNT-Pd催化劑在催化反應(yīng)中反應(yīng)條件 溫和,產(chǎn)率較高;MWCNT-Pd催化劑在同樣的催化反應(yīng)中,產(chǎn)率較低,說明同樣的催化劑用量 下,金屬納米顆粒的分散性好的對催化效果更有利。該制備方法采用了超聲波技術(shù),步驟簡 單,在常溫下就可以進(jìn)行,反應(yīng)條件十分溫和,節(jié)約了能源。
權(quán)利要求
本發(fā)明是一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方法,其特征在于具體步驟如下步驟a取碳納米管在硝酸中回流,停止反應(yīng)后,倒入離心試管中,經(jīng)蒸餾水、乙醇離心洗滌,然后在烘箱中烘干;步驟b取PdCl2溶解在水中,加入上述硝酸處理過的多壁碳納米管,在N2氣氛下用超聲波中處理,用氨水將PH調(diào)節(jié)至8~9,在超聲中將以上混合物緩慢逐滴加入NaBH4的水溶液中,滴加完畢后,繼續(xù)超聲,將上述產(chǎn)物經(jīng)蒸餾水洗滌,無水乙醇洗滌后烘干。
2.如權(quán)利要求1所述的制備多壁碳納米管_鈀復(fù)合材料的方法,其特征在于步驟a的具體參數(shù)是碳納米管取1. O克,硝酸50毫升,回流兩個小時,其溫度是150 攝氏度,離心試管在1600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下,每次15分鐘,用蒸餾水離心洗滌4次,乙醇離 心洗滌3次,在80攝氏度的烘箱中烘干;步驟b的具體參數(shù)是=PdCl2溶解50毫克,溶解在10毫升水中,加入240毫克硝酸處理 過的多壁碳納米管,在350W超聲波中處理30分鐘,在超聲中混合物滴加入0. 4克NaBH4的 10毫升水溶液,滴加完畢后,繼續(xù)超聲30分鐘,上述產(chǎn)物蒸餾水洗滌三次,無水乙醇洗滌兩 次。
3.—種多壁碳納米管_鈀復(fù)合材料的應(yīng)用,其特征在于采用了偶聯(lián)反應(yīng),將碘苯和丙 烯酸異丁酯在DMF作為溶劑,加入醋酸鈉和S-MWCNT-Pd催化劑反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的多壁碳納米管_鈀復(fù)合材料的應(yīng)用,其特征在于具體參數(shù)是碘苯0. 5mmol,丙烯酸異丁酯1. 4當(dāng)量,醋酸鈉加入2當(dāng)量,S-MWCNT-Pd催 化劑3mg,在110攝氏度條件下反應(yīng)8個小時。
5.如權(quán)利要求1所述的多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的應(yīng)用,其特征在于反應(yīng)結(jié)束后采 用采用柱層析的方法分離產(chǎn)物并用氣相質(zhì)譜和氫核磁進(jìn)行表征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備多壁碳納米管-鈀復(fù)合材料的方法,其步驟是,取碳納米管在硝酸中回流,停止反應(yīng)后,倒入離心試管中,經(jīng)蒸餾水、乙醇離心洗滌,然后在烘箱中烘干;取PdCl2溶解在水中,加入上述硝酸處理過的多壁碳納米管,在N2氣氛下用超聲波中處理,用氨水將pH調(diào)節(jié)至8~9,在超聲中將以上混合物緩慢逐滴加入NaBH4的水溶液中,滴加完畢后,繼續(xù)超聲,然后將上述產(chǎn)物離經(jīng)蒸餾水洗滌,無水乙醇洗滌后烘干。本發(fā)明的設(shè)計要點在于采用超聲波處理,提高產(chǎn)物金屬的顆粒的分散性。本方法發(fā)明的步驟簡單,反應(yīng)條件溫和,在常溫下就可以進(jìn)行,節(jié)約能源。
文檔編號C07C69/618GK101862654SQ201010186850
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者喬山, 張俊霞 申請人:上海市七寶中學(xué)