[发明专利]一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料及其制备方法和应用，该制备方法首先以有机酸钠盐或者有机酸钾盐为原料，通过高温热处理得到多孔碳纳米片；然后将无机钴盐溶解在醇溶液中，依次加入氰胺类小分子、多孔碳纳米片进行混合球磨，得到泥状混合物料；最后在惰性气氛下对混合物料进行高温碳化处理，高温惰性气氛下钴离子被还原为金属钴负载在碳纳米片上，同时金属钴催化氰胺类小分子高温热解产物在纳米片上原位生长碳纳米管。该制备方法采用的原料价格便宜、且容易获得，制备过程简单，能够实现大批量制备。该复合纳米材料在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池或燃料电池等新能源器件上具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米碳材料技术领域，尤其是一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

纳米碳材料具有优异的力学、电学、热学、光学等本征物理特性，还可通过原子掺杂、表面修饰、微观结构改性等调控其界面化学特性，因此，在超级电容、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、燃料电池等新能源材料器件领域应用广泛。碳材料多维存在形式为构筑丰富多样的纳米碳基杂化材料提供了可能。而现有的纳米碳材料存在制备过程复杂、成本高等缺陷。

发明内容

本发明提供一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料及其制备方法和应用，用于克服现有技术中制备过程复杂、成本高等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将有机酸钠盐或者有机酸钾盐进行球磨混匀，在惰性气氛下对球磨混匀后的有机酸钠盐或者有机酸钾盐进行热处理，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到多孔碳纳米片粉末；

S2：将无机钴盐溶解在醇溶液中，再向钴盐醇溶液中加入氰胺类小分子粉末，混合研磨或球磨均匀，然后加入所述多孔碳纳米片粉末，继续混合研磨或球磨均匀，得到泥状混合物料；

S3：在惰性气氛下，对所述泥状混合物料进行碳化处理，然后进行酸刻蚀，经过滤、洗涤、干燥，得到碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料。

为实现上述目的，本发明还提出一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料，由上述所述制备方法制备得到；所述复合纳米材料呈三维网络多孔结构，由碳纳米管和碳纳米片组成，碳纳米管原位生长在碳纳米片表面；所述碳纳米管直径为10～200nm，长度为0.2～5μm；所述碳纳米片的厚度为5～20nm。

为实现上述目的，本发明还提出一种碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料的应用，将上述所述制备方法制备得到的复合纳米材料或者上述所述复合纳米材料应用在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池和燃料电池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的碳纳米片原位负载碳纳米管的复合纳米材料的制备方法首先以有机酸钠盐或者有机酸钾盐为原料，通过高温热处理得到多孔碳纳米片；然后将无机钴盐溶解在醇溶液中，依次加入氰胺类小分子、多孔碳纳米片进行混合球磨，得到泥状混合物料；最后在惰性气氛下对混合物料进行高温碳化处理，高温惰性气氛下钴离子被还原为金属钴负载在碳纳米片上，同时金属钴催化氰胺类小分子高温热解产物在纳米片上原位生长碳纳米管，将制备的产物酸刻蚀处理以去除金属钴，得到复合纳米材料。本发明提供的制备方法采用的原料价格便宜、且容易获得，制备过程简单，能够实现大批量制备。