一種具有良好電化學性能的解開的氮摻雜碳納米管衍生物的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學領域，具體涉及一種具有良好電化學性能的解開的氮摻雜碳納米管衍生物及其制備方法。
【背景技術】
[0002]自從用電弧放電蒸發(fā)法制備出碳納米管(CNTs)，對于CNTs的研宄就引起了廣泛的關注。CNTs是由sp2-雜化碳原子構成的有序的、中空的圓柱型一維的石墨烯材料。它的獨特結構特征和優(yōu)異的性能使其有機會發(fā)展成先進的電極材料。除此之外，他們豐富的電子性能以及沿著他們長度上的顯著的電導性使他們在電化學領域廣為流行。在眾多功能化的CNTs中，竹節(jié)狀的N摻雜的碳管(NCNTs)是一種擁有獨特功能性質的納米材料，它不僅有著碳管自身所具有的豐富的電子性能以及沿著他們長度上的顯著的電導性，通過N的摻雜，會導致在石墨晶格平面上產(chǎn)生空位或是其他缺陷，而這些表面缺陷通常可以當作是反應活性態(tài)。并且，N原子的獨對電子可以提供電催化活性態(tài)。然而，盡管他們具有這么多良好的性能，CNTs所具有的惰性并且疏水的外壁，導致它的表面積以及可用的活性態(tài)得到限制，這些都不利于它在電化學領域的應用。因此，要進一步具有良好電化學性能的碳納米管衍生物對于推動其在電化學領域的發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好電化學性能的解開的氮摻雜碳納米管衍生物及其制備方法。制得的氮摻雜碳納米管衍生物，具有優(yōu)異的導電性、較大的比表面積和更多的反應活性位點，是一種優(yōu)異的電化學電極材料，在電化學領域，諸如電容器、鋰電池、電催化以及電化學傳感器等上具有廣泛的應用前景。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
一種具有良好電化學性能的解開的氮摻雜碳納米管衍生物是利用氮摻雜多壁碳納米管作為原材料，采用溶液氧化解開法制得的。
[0005]制備方法:將氮摻雜多壁碳納米管與濃硫酸混合均勻后，加入磷酸，攪拌均勻后，加入高錳酸鉀，恒溫水浴中勻速攪拌，室溫下靜置，加入含有過氧化氫的冰去離子水，靜置分層，除去上清液，用鹽酸和去離子水抽濾至中性，再用去離子水配制成氮摻雜碳納米管衍生物溶液。
[0006]所述的氮摻雜多壁碳納米管為竹節(jié)狀結構，直徑為30?50nm，純度>95wt.%。
[0007]濃硫酸用量為磷酸重量的5-9倍。
[0008]高錳酸鉀用量為氮摻雜多壁碳納米管重量的3-5倍，控制加入時間為0.5?I小時。
[0009]所述的恒溫水浴溫度為50?100°C，攪拌時間為2?3小時。
[0010]所述的含有過氧化氫的冰去離子水中過氧化氫的濃度為I?5wt.%。
[0011]抽濾過程使用的鹽酸的質量分數(shù)為10?30%。
[0012]鹽酸抽濾后的粗產(chǎn)品在去離子水中再溶解時，需進行超聲，超聲功率為30?80瓦，超聲時間為I?10分鐘。
[0013]所述的氮摻雜碳納米管衍生物溶液的濃度為I?10 mg/mL。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:利用一種簡單易行的化學氧化方法將氮摻雜碳納米管進行解開，形成了具有良好的導電性、較大的比表面積和更多的反應活性點的電化學電極材料。
【附圖說明】
[0015]圖1是氮摻雜多壁碳納米管的透射電鏡圖。
[0016]圖2是實施例1制得的氮摻雜石墨烯/碳管復合材料的透射電鏡圖。
[0017]圖3是實施例1制得的氮摻雜石墨烯/碳管復合材料及其原材料的拉曼衍射圖。
[0018]圖4是實施例1制得的氮摻雜石墨烯/碳管復合材料在鐵氰化鉀中的阻抗測試圖。
[0019]圖5是實施例1制得的氮摻雜石墨烯/碳管復合材料在六胺合釕中的循環(huán)伏安測試圖。
[0020]圖6是實施例2制得的氮摻雜石墨烯納米帶的透射電鏡圖。
[0021]圖7是實施例2制得的氮摻雜石墨烯納米帶在鐵氰化鉀中的阻抗測試圖。
[0022]圖8是實施例2制得的氮摻雜石墨烯納米帶在六胺合釕中的循環(huán)伏安測試圖。
【具體實施方式】
[0023]將氮摻雜多壁碳納米管與濃硫酸混合均勻后，加入磷酸，攪拌均勻后加入高錳酸鉀，置于恒溫水浴中勻速攪拌后，取出靜置至室溫，加入含有過氧化氫的冰去離子水，再靜置分離除去上清液后，用鹽酸抽濾，取濾渣在去離子水中溶解均勻后，加入鹽酸攪拌均勻，用去離子水進行抽濾清洗至中性，再在去離子水中配制成溶液。取適量所制溶液滴加在玻碳電極上，自然干燥。
[0024]優(yōu)選地，所述的氮摻雜多壁碳管為竹節(jié)狀結構，直徑為30?50nm，純度>95wt%。
[0025]優(yōu)選地，所述濃硫酸用量為磷酸的500?900wt%。
[0026]優(yōu)選地，所述磷酸純度為85%。
[0027]優(yōu)選地，所述高錳酸鉀用量為氮摻雜多壁碳管的300?500wt%。
[0028]優(yōu)選地，所述高錳酸鉀加入過程所需時間為0.5?I小時。
[0029]優(yōu)選地，所述恒溫水浴溫度為50?100°C，攪拌時間為2?3小時。
[0030]優(yōu)選地，所述加入含有過氧化氫的冰去離子水中過氧化氫所占的重量百分比為
1% ?5%。
[0031]優(yōu)選地，所述進行抽濾的鹽酸的質量分數(shù)為10%?30%。
[0032]優(yōu)選地，所述抽濾后的產(chǎn)品在去離子水中再溶解時，需進行超聲，超聲功率為30?80瓦，超聲時間為I?10分鐘。
[0033]優(yōu)選地，所述氮摻雜碳納米管衍生物水溶液的濃度為I?10 mg/mL。
[0034]優(yōu)選地，所述氮摻雜碳納米管衍生物水溶液修飾玻碳電極所用溶液體積為I?10 μ Lo
[0035]電化學傳感性能測試:采用修飾的玻碳電極作為修飾電極，鉑絲作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極。利用三電極系統(tǒng)在鐵氰化鉀和六胺合釕中進行測試；
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0036]實施例1
將150 mg的氮摻雜多壁碳納米管(NCNTs)溶于36 mL H2SO4*，適度攪拌I h至混合液均勻。然后，加入4 mL 85% H3PO4并繼續(xù)攪拌15 min，緩慢加入450 mg的ΚΜη04(約半小時加完)。混合液加熱到65°C，此時需保持緩慢攪拌2 h，以避免將氧化后的碳管切成碎片。攪拌結束后，取出混合液并靜置至室溫。加入100 mL的冰水(其中含30%的雙氧水5 mL)到混合液中，靜置14小時后溶液進行分層。隨后，將上層的溶液倒掉，溶液用0.22 μπι微孔的水相耐酸堿的(PTFE)濾膜過濾，抽濾時，用6 mL 2