[发明专利]一种金属单质/多壁碳纳米管型复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属单质/多壁碳纳米管型复合材料的方法，具体步骤如下：

A.用去离子水配制含有二价金属离子M²⁺和Al³⁺的混合硝酸盐溶液，其中M²⁺与Al³⁺摩 尔浓度比为2～4，其中M²⁺的摩尔浓度为0.05～0.1mol/L，Al³⁺的摩尔浓度为0.01～0.05 mol/L；M²⁺是Co²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺中的一种或两种，其中必选Co²⁺；

B、当M²⁺是Co²⁺或者是Co²⁺和Mg²⁺时，将沉淀剂尿素加到上述混合盐溶液中，尿素和 所有金属阳离子的摩尔浓度比在3～6之间；然后将加入尿素的混合盐溶液放置在水热釜中， 在静置状态下于100～150℃水热反应10～24h；将产物过滤分离，用去离子水洗涤，于60～ 70℃下干燥15～20小时，得到水滑石LDH前体；

当M²⁺是Co²⁺和Cu²⁺时，以Na₂CO₃与NaOH的混合碱液为沉淀剂，其中Na₂CO₃摩尔浓 度为0.02～0.2，NaOH的摩尔浓度0.01～0.3，将其滴加到盛有步骤A中的混合盐溶液中，在 滴加过程中利用磁力搅拌器不断搅拌，直至混合液的pH＝8～10，在不断搅拌条件下于50～ 80℃老化反应6～24h；将产物过滤分离，用去离子水洗涤，于60～70℃下干燥15～20小时， 得到LDH前体；

C、将步骤B得到的LDH前体放入马弗炉中，以5～10℃/min的升温速率升温至700℃， 并在700℃保持60～120min，得到相应的焙烧产物；

D、将步骤C得到的焙烧产物平铺于瓷舟中，放入管式加热炉中，进行碳纳米管的生长；

对于利用尿素作为沉淀剂的体系，先通入流速为60～70ml/min的氮气，以2～10℃/min 的速率升温至600～800℃，再通入流速为6～10ml/min的乙炔气体反应90～120min，即得到 金属单质/多壁碳纳米管型复合材料；

对于利用Na₂CO₃和NaOH作为沉淀剂的体系，先通入流速为60～70ml/min的氮气，以 2～10℃/min的速率升温至300～500℃，再通入流速3～6ml/min的氢气，反应30～50min 切断氢气，继续在氮气环境下升温至600～800℃，再通入流速为6～10ml/min的乙炔气体反 应90～120min；随炉冷却至室温，得到金属单质/多壁碳纳米管型复合材料。

2.一种根据权利要求1所述的方法制备的金属单质/多壁碳纳米管型复合材料，其中碳纳 米管的质量百分数为63～95％，碳纳米管的直径为10～30nm；所述的金属单质为Co或是Co 和Cu，其粒径为15～28nm；金属单质均匀负载在碳纳米管的顶端或埋于管腔内部，形成均匀 杂化、组分间相互作用力强的金属单质/多壁碳纳米管的复合材料；制备过程中所掺入的镁、 铝元素以氧化物的形式分散在碳纳米管表面。

3.根据权利要求2所述金属单质/多壁碳纳米管型复合材料，其特征是以该复合材料制 备得到的阳极催化剂对甲醇电催化氧化的峰电流密度为21～36mA·cm^-2，比活性达235～451 mA·mg^-1。

4.一种如权利要求2所述的金属单质/多壁碳纳米管型复合材料的应用，将该复合材料 制备成电催化剂，用于直接甲醇燃料电池中。