[发明专利]一种钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种钴、氮共掺杂的纳米粒子‑碳纳米管复合材料的制备方法，属于纳米复合材料制备技术领域。解决现有制备方法过程复杂，成本较高，需要特殊的贵重仪器，不利于大规模生产的问题。本发明提供的钴、氮共掺杂的纳米粒子‑碳纳米管复合材料的制备方法主要是以CdS纳米线、多巴胺和硝酸钴作为原料，在硝酸钴存在的条件下，在CdS纳米线外面包覆多巴胺，所得样品经过高温煅烧即可得到。通过控制CdS纳米线和硝酸钴的质量比，可以调节所得材料的形貌。该制备方法过程简单，成本低。所得复合材料具有较大的比表面积和丰富的介孔结构，使得材料具有很好的氧还原电催化性能，在燃料电池、生物传感、金属‑空气电池、超级电容器等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料的制备方法。该方法简单便捷，便于大批量的制备、成本低。所制备的复合材料具有良好的电催化性能，在燃料电池、金属-空气电池、生物传感、超级电容器等领域有广泛的应用前景。

背景技术

碳纳米管具有比表面积大、导电性好和一维的孔结构等特点，被认为是一种非常理想的纳米载体及良好的催化剂载体。杂原子共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料，具有较大的比表面积、丰富的孔结构和良好的导电性等，在燃料电池、生物传感、超级电容器等方面具有独特的优势和良好的发展潜力。将零维的金属纳米粒子修饰到碳纳米管的表面可以获得性能优越的功能性纳米复合材料，可使活性金属的前驱体得到充分的分散，防止金属粒子烧结，由于碳纳米管与活性金属间的强相互作用，可以极大地促进催化剂的活性、选择性和稳定性。

目前，制备纳米粒子-碳纳米管复合材料的方法，比较局限，主要包括以下几种：1.化学镀法:是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到材料上的过程。如Guo等利用化学镀法将Pd纳米粒子沉积到碳纳米管上，并且探究了碳纳米管直径对于沉积结果的影响[Guo Y,Fhayli K,Li Song,Yang Y,RSC Advances2013,3,17693-17695.]；2.电化学沉积法：电化学沉积是指金属或合金或金属化合物在电场作用下从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中在电极表面沉积出来的电化学过程。如Quinn等利用电化学沉积方法合成了Au(Pt,Pd)-多壁碳纳米管复合材料[Quinn B,DekkerC,Lemay S，Journal of the American Chemical Society 2005,127,6146-6147.]；3.物理方法：包括溅射沉积、离子和电子束辐射沉积、气相蒸发沉积等，其优势在于可以有效调控金属纳米粒子的尺寸、形貌和在碳纳米管表面的分散性。如Soin等通过磁控溅射方法在垂直排列的碳纳米管表面获得均匀分散的粒径介于3～5nm的Pt纳米粒子[Soin N,Roy SS,Karlsson L,Diamond and Related Materials 2010,19,595-598.]。但是上述这些制备方法过程复杂，成本较高，需要特殊的贵重仪器、工艺复杂，不利于大规模生产。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料的制备方法。该制备方法是以CdS纳米线作为牺牲模板，在其外表面包覆一层多巴胺，包覆的同时，向反应液中加入一定量的硝酸钴，将所得产物经过高温煅烧，就可以得到钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管的复合材料，并且通过控制与调节CdS纳米线与硝酸钴的质量比，可以得到性能更加优异的钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料。该制备方法简便可行，成本低，制得的复合材料表现出优异的氧还原电化学催化性能。该复合材料在燃料电池、生物传感、金属-空气电池、超级电容器等领域有广泛的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种钴、氮共掺杂的纳米粒子-碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：