[发明专利]一种大面积纳米碳材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种大面积纳米碳材料及其制备方法，属于纳米碳材料技术领域。本发明利用纳米碳分散液与金属之间的氧化还原电位差作为驱动力，以金属为基底，在简单温和的条件下(室温或低温20～100℃，不需要高温)进行原位自组装生长，获得有金属支撑负载的大面积纳米碳材料，原材料消耗少，操作简单易行，扩展性强，不受仪器限制(烘箱、加热板等均可)，可直接制备成管状、片状、泡沫状等多种形态，用于能源化学和环境化学领域，也可以根据需求将金属基底刻蚀，制备出无金属支撑的规整均匀的多形态大面积纳米碳材料加以应用。

技术领域

本发明涉及纳米碳材料技术领域，尤其涉及一种大面积纳米碳材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)可以看作是石墨烯片层卷曲而成，按照石墨烯片的层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，比表面积大，导电性和导热性好，具有独特的力学、电学、光学性能，以及在纳米尺度上的良好性能，所以在分子筛、药物输运、粒子交换、海水淡化和污水处理等方面应用广泛。目前，碳纳米管成膜主要涉及的方法为旋涂法、电泳法、真空过滤法、喷涂法、化学气相沉积法、LB(Langmuir-Blodgett)膜法、静电层层自组装技术。

石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构，是目前世界上最薄但也是最坚韧的纳米材料，比表面积大，电子迁移率高，导电性能优异，在传感器、储氢、海水淡化、涂料、锂离子电池等各个领域具有广阔的应用前景。目前，石墨烯制备的主要方法有机械剥离法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳纳米管剖开法、电化学剥离法。

目前，碳纳米管和石墨烯主要是以小面积膜状的形式或作为改性添加物等加以应用，缺少大面积、多形态的成品扩大其应用范围，走向实际应用。现有技术中超长碳纳米管和大面积石墨烯膜的制备，一般采用CVD法、电弧放电法、模板法、喷涂法，制备过程存在能源消耗大(高温、惰性气体等)、工艺复杂、均一性差、设备要求高、大多不能规模化和连续化生产，扩展性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大面积纳米碳材料及其制备方法。本发明利用纳米碳分散液与金属之间的氧化还原电位差作为驱动力，以金属为基底，在简单温和的条件下进行自组装生长，获得大面积纳米碳材料，能源消耗少，操作简单易行，扩展性强，不受仪器限制，适宜工业化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种大面积纳米碳材料的制备方法，包括以下步骤；

提供羧基化水溶性的纳米碳，所述纳米碳包括碳纳米管和氧化石墨烯；

将所述羧基化水溶性的纳米碳分散于水中，然后调节所得分散液的pH 值，得到纳米碳分散液；

将金属基底浸渍于所述纳米碳分散液中进行纳米碳的自组装生长，得到所述大面积纳米碳材料；所述金属基底为金属丝、金属箔、金属网或泡沫状金属。

优选地，所述金属基底的材质为铁、锌、镍和铜。

优选地，所述纳米碳分散液的pH值为2～7。

优选地，所述纳米碳分散液的固含量为0.1～1g/L。

优选地，每1cm²的所述金属基底使用的所述纳米碳分散液的体积为 1～5mL。

优选地，所述金属丝的直径为0.1～1mm，所述金属箔的厚度为 0.01～0.2mm。

优选地，所述自组装生长的温度为0～100℃，时间为0.5～24h。

优选地，所述自组装生长完成后还包括将所得自组装生长产物与所述金属基底分离。

优选地，所述分离为使用过硫酸铵溶液、硫酸溶液或FeCl₃溶液刻蚀所述金属基底。