造涂覆的纳米材料的方法。
[0040]首先102，在丙酮和去离子水中冲洗选择的CNM以从CNM的表面移除任何杂质和保护层。
[0041]在冲洗之后，使CNM与多氧化剂在约-10°C至10°C的范围内的温度下混合104，随后在该温度下搅拌持续l_4h以确保氧化剂的分子侵入CNM的表面内而不发生强氧化。氧化剂包括硫酸、硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾和氮化钠中的至少两种。硫酸和氮化钠充当插层剂以促使氧化剂进入CNT的内层，并且可以是高锰酸钾的氧化剂在CNT上引起表面氧化。氧化剂应该被非常慢地添加到硫酸中以避免爆炸反应。
[0042]然后，温度被升高并且控制以被维持在30-50°C的范围内，同时搅拌持续约0.5h至3h0
[0043]在那之后，通过使用真空过滤使氧化的CNM从溶液分离，并且随后用去离子水洗涤CNM若干次直到滤液的pH是约7以确保氧化剂完全被移除。
[0044]洗涤之后使氧化的CNM分散在敏化剂水溶液中，使得CNM被敏化106。敏化剂可以例如被选择为甲醛、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锡(II)。
[0045]在敏化之后，通过浸入含有氯化钯的溶液中(在该溶液中钯颗粒粘附至CNM)、随后离心并且用蒸馏水冲洗直到过滤的溶液的pH是7，使CNM活化108。然后，收集涂覆有钯种子的CNM并且在真空烘箱中干燥。钯种子颗粒作为随后银生长的成核点是特别有利的，因为钯是引发银自镀过程的良好催化剂。
[0046]接着，使活化的CNM浸入自催化镀液中。自催化镀液被制备成两种分开的溶液，水性金属离子源溶液和水性还原剂溶液，以在镀之前等量地被混合。在室温下实施镀110并且沉积时间取决于需要的涂层厚度。例如，CNM上的金属纳米颗粒的生长速率可以是约0.5nm/h0为避免还原剂氧化，通过超声波移除在去离子水中的溶解氧，并且在密闭的容器中使氮气穿过溶液进行沉积。从而，在不破坏碳纳米材料的结构下，提供具有良好定义的和均匀的金属涂层的碳基纳米材料。
[0047]水性钴还原剂溶液可以是以下化学品中的一种或若干种:硫酸钴、氯化亚铁、甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、乙二胺、乙二胺四乙酸和苯并三唑。
[0048]水性金属离子源溶液可以是氮化银、氯酸钯、氯化金、氯化镍、氨水、硫酸铵、乙二胺和乙二胺四乙酸中的一种或若干种。从而，可以涂覆诸如，钯、银、金和镍的金属。通常，可以期望提供具有5nm至10nm的范围内的厚度的金属涂层。
[0049]在反应完成之后，即在已经达到期望的厚度之后，金属涂覆的CNM被过滤并且被洗涤直到滤液的颜色变成大体上透明的。洗涤之后使用超声使CNM再分散在具有强还原剂的去离子水中，112。第二还原溶液被用于移除CNM上的含氧基团并且可以是以下化学品中的一种或若干种:氢氧化钾、硼氢化钠、焦掊酸、L-抗坏血酸和一水合肼。还原过程在60-100°C下被实施持续若干小时，比如Ih至12h之间。最后，将金属涂覆的CNM滤出并且在真空烘箱中干燥直到观察不到质量损失。
[0050]使用透射电子显微镜(TEM)检查涂覆有银层的CNM的形态学。使用X射线衍射(XRD)分析样品的元素组成和结构分析。
[0051]图2a示出原始碳纳米纤维(CNF)的TEM图像，并且图2b是涂覆有银纳米颗粒的碳纳米纤维的图像。选择具有50nm的直径的CNF来阐明涂覆过程。在涂覆之后，具有3?5nm的直径的银纳米颗粒的层被均匀分散在CNF的表面上，而不破坏其原始结构。
[0052]图3a_b是以不同放大率示出银涂覆的石墨烯的TEM图像。在涂覆之后，具有2?3nm的受控大小的银纳米颗粒的层被均匀分散在石墨烯片的两侧上以形成银/石墨烯/银混合材料。银涂层是足够薄的，以致不影响石墨烯的性质。
[0053]图4示出银涂覆的碳纳米纤维样品的X射线衍射(XRD)图。通过对应于金属银的面心立方(FCC)结构的峰的出现，最显著地(111)反射，在衍射图中确证银的存在。
[0054]尽管已经参考本发明的特定的示例性实施方案描述本发明，但许多不同改变、修改及类似物将对本领域技术人员变得明显。
[0055]此外，公开的实施方案的变型可由本领域技术人员通过对附图、公开内容和所附权利要求的学习而被理解并在实践所要求保护的发明中实现。在权利要求中，词“包括”不排除其他要素或步骤，且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除复数。
【主权项】
1.一种用于碳纳米材料的自催化镀的方法，所述方法包括以下的步骤: 提供在包含至少两种氧化剂的氧化溶液中的碳纳米材料，所述溶液被维持在第一温度范围内，并且搅拌所述溶液持续第一预定的时间段； 加热所述溶液以达到高于所述第一温度范围的第二温度范围，并且搅拌所述溶液持续短于所述第一时间段的第二预定的时间段，同时使所述溶液维持在所述第二温度范围内； 从所述氧化溶液移除所述纳米材料； 使所述纳米材料分散在包含敏化剂的水性敏化溶液中； 从所述敏化溶液移除所述纳米材料； 使所述纳米材料沉浸在包含粘附至所述纳米材料的种子颗粒的种子混合物中； 从所述种子混合物移除所述纳米材料； 通过使所述纳米材料沉浸在包含水性金属源和第一水性还原剂的镀液中镀所述纳米材料，使得金属层在所述纳米材料上从所述种子颗粒生长； 从所述镀液移除所述纳米材料； 使所述纳米材料分散在包含第二还原剂的水溶液中；以及 加热所述溶液以达到第三温度范围并且进行所述加热的溶液的超声处理持续第三预定的时间段，同时使所述溶液维持在所述第三温度范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度范围是-10°C至10°C并且所述第一时间段是lh_8h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二温度范围是30-50°C并且所述第二时间段是10-60min。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂包括硫酸、硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾和氮化钠中的至少两种。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述敏化剂包括甲醛、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锡(II)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述氧化溶液移除所述纳米材料的所述步骤包括过滤所述纳米材料且以去离子水冲洗直到冲洗液的pH值是约7。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述种子颗粒包含钯。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一还原剂包括硫酸钴、氯化亚铁、甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、乙二胺、乙二胺四乙酸或苯并三唑。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述镀的步骤包括通过超声波移除所述溶液中的溶解氧，使得避免所述还原剂的氧化。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述镀的步骤在密闭的容器中使氮气穿过所述溶液来进行。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性金属源包括钯、银、金或镍。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性金属源是选自包括以下的组的金属离子源:氮化银、氯酸钯、氯化金、氯化镍、氨水、硫酸铵、乙二胺和乙二胺四乙酸。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第三温度范围是60-100°C并且所述第三时间段是至少一小时。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米材料是碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述镀的步骤被进行持续0.5h至24h的时间段。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二还原剂选自包括以下的组:氢氧化钾、硼氢化钠、焦掊酸、L-抗坏血酸和一水合肼。
【专利摘要】提供了在碳纳米材料上自催化镀纳米颗粒的方法，所述方法包括：提供在包含氧化剂的溶液中的纳米材料，该溶液被维持在第一温度范围内并且搅拌该溶液持续第一预定的时间段；加热该溶液以达到高于第一温度范围的第二温度范围，并且搅拌该溶液持续短于第一时间段的第二预定的时间段，同时使该溶液维持在第二温度范围内；过滤并且冲洗纳米材料；使纳米材料分散在包含敏化剂的水溶液中；使纳米材料沉浸在包含粘附至纳米材料的种子颗粒的混合物中；收集纳米材料；通过沉浸在包含水性金属源和第一水性还原剂的镀液中镀纳米材料，使得金属层在纳米材料上从种子颗粒生长；从镀液移除纳米材料；使纳米材料分散在包含第二还原剂的水溶液中；加热该溶液以达到第三温度范围并且进行加热的溶液的超声处理持续第三预定的时间段，同时使该溶液维持在第三温度范围内。
【IPC分类】C23C18/18, C23C18/16, C23C18/31
【公开号】CN105209660
【申请号】CN201480021818
【发明人】约翰·建影·刘
【申请人】斯马特高科技术有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年4月17日
【公告号】US20160068965, WO2014173793A1