专利名称：一种制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用离子液体和微波加热技术制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法。
背景技术：
由于碳纳米管(CNTs)具有独特的电学、热学、力学、磁学等性能，在场发射、分子电子器件、复合增强材料、储氢材料、催化等领域有广泛的应用前景。因此自问世以来，一直得到人们的重视。随着碳纳米管合成技术的日益成熟，低成本大批量生产碳纳米管取得成功，探索和开发碳纳米管的用途成为人们关注的热点问题。以碳纳米管为基质的碳纳米管复合材料赋予碳纳米管新的特性，为碳纳米管的应用提供了新的途径。在碳纳米管上沉积金属或金属氧化物，使碳纳米管复合材料可用作催化剂、功能材料等，具有重要的实际应用价值。
离子液体在室温下为熔融盐，由阴离子和阳离子组成。常用的离子液体不挥发，不会造成污染，因而被誉为绿色溶剂。许多离子液体具有很宽的液态温度范围。离子液体是优良的溶剂，可溶解极性和非极性的有机物、无机物，具有易于与其它物质分离，可以循环使用等优点。近年来，离子液体的研究引起广泛关注。
微波加热的化学反应是一种新的绿色化学方法，在无机合成、环境化学，尤其是有机合成等方面得到应用。将微波加热技术与离子液体结合的化学反应已得到应用，尤其是在有机合成中应用的研究最多，在无机化学反应方面的应用还很少。将离子液体与微波加热相结合，能使化学反应速度大幅度提高，反应的选择性和转化率得到不同程度的改善，因此是一项非常有前途的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将离子液体和微波加热技术结合，利用离子液体为介质，以微波加热作为加热方式，使金属化合物在一定条件下发生热化学反应，生成金属或金属氧化物纳米材料，沉积在CNTs上，从而制得金属或金属氧化物/CNT复合材料的方法。
本发明提供了一种制备金属或金属氧化/碳纳米管复合物的方法。这种方法第一次将离子液体和微波加热技术结合，在CNTs上沉积金属和金属氧化物。离子液体是环境友好的绿色溶剂，利用微波加热，可使离子液在很短的时间内达到较高的温度，并使离子液介质中的反应在很短的时间内完成。离子液体可以循环使用，不对产品产生污染。在实际生产过程中，可以减少工艺流程，从而减少成本。因此本发明具有重要的实用价值。
本发明所采用的离子液体为四甲基胍阳离子和不同阴离子(包括三氟甲基磺酸阴离子、三氟乙酸阴离子、乳酸阴离子、甲酸阴离子、高氯酸阴离子、丙烯酸阴离子、甲基丙烯酸阴离子等酸根阴离子)组成的离子液体，它们与CNTs有很好的亲和性，能使CNTs均匀地分散在其中，并对多种金属盐有良好的溶解能力。
本发明所采用的金属化合物包括氯金酸、氯铂酸、氯化钌、氯化钯、氯化铑、二氯化锡、金属硝酸盐、金属乙酸盐等易发生热化学反应的金属化合物。它们能溶解在离子液体中。
本发明所采用的CTNs包括单、双、多壁CNTs及进行表面改性的上述CNTs。
本发明制备金属或金属氧化物/CNT的方法如下将离子液体盛在玻璃反应器中，将一定量的金属化合物溶入其中，然后加入一定量的CNTs，超声使CNTs均匀地分散在离子液体溶液中。将反应器放入微波加热装置中，在一定功率下，照射反应器中的反应物，反应一定时间后，停止微波加热，终止反应，得到金属或金属氧化物/CNT复合材料。
本发明具有以下特点1.本发明将离子液体和微波加热相结合，是一项绿色技术。
2.本发明所涉及的化学反应，反应速度快，反应一般可十分钟内完成。
3.产物收率高。
4.本发明采用离子液体为溶剂，可以容易地实现产物与溶剂的分离，并且离子液体可以回收利用。
具体实施例方式
实施例1量取离子液体三氟甲基磺酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯铂酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在120W的功率条件下，加热3分钟，得到表面沉积了铂纳米颗粒的铂/CNT复合材料。
实施例2量取离子液体三氟甲基磺酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
实施例3量取离子液体三氟甲基磺酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯化钌10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了钌纳米颗粒的钌/CNT复合材料。
实施例4量取离子液体三氟甲基磺酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入硝酸铕20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化铕纳米颗粒的氧化铕/CNT复合材料。
实施例5量取离子液体三氟甲基磺酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入乙酸锌20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化锌纳米颗粒的氧化锌/CNT复合材料。
实施例6量取离子液体三氟乙酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入硝酸铕20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化铕纳米颗粒的氧化铕/CNT复合材料。
实施例7量取离子液体三氟乙酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入乙酸锌20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs15毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化锌纳米颗粒的氧化锌/CNT复合材料。
实施例8量取离子液体三氟乙酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯铂酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在120W的功率条件下，加热3分钟，得到表面沉积了铂纳米颗粒的铂/CNT复合材料。
实施例9量取离子液体乳酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
实施例10量取离子液体乳酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯化钌10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs20毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在120W的功率条件下，加热3分钟，得到表面沉积了钌纳米颗粒的钌/CNT复合材料。
实施例11量取离子液体乳酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯铂酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs15毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在120W的功率条件下，加热3分钟，得到表面沉积了铂纳米颗粒的铂/CNT复合材料。
实施例12量取离子液体甲酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
实施例13量取离子液体甲酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯化钌10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了钌纳米颗粒的钌/CNT复合材料。
实施例14量取离子液体甲酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入硝酸铕20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化铕纳米颗粒的氧化铕/CNT复合材料。
实施例15量取离子液体高氯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入乙酸锌20毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了氧化锌纳米颗粒的氧化锌/CNT复合材料。
实施例16量取离子液体高氯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
实施例17量取离子液体丙烯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯铂酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了铂纳米颗粒的铂/CNT复合材料。
实施例18量取离子液体丙烯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
实施例19量取离子液体甲基丙烯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯铂酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了铂纳米颗粒的铂/CNT复合材料。
实施例20量取离子液体甲基丙烯酸四甲基胍3毫升，置于10毫升的玻璃反应器中，加入氯金酸10毫克，溶入离子液体。再加入CNTs10毫克，超声分散CNTs，使其均匀地分散在离子液中，形成稳定的悬浮液。将玻璃反应器放入微波加热装置，在80W的功率条件下，加热1分钟，得到表面沉积了金纳米颗粒的金/CNT复合材料。
权利要求
1.一种制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法，主要步骤为每毫升离子液体中加入1-20毫克的金属化合物，再按每毫升离子液体加入1-10毫克的比例将碳纳米管分散在离子液体中形成分散体系，80-120W微波加热1-5分钟，得到金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料；其中金属化合物为易发生热化学反应的金属化合物；其中离子液体为能溶解金属化合物和稳定分散碳纳米管的、阳离子为四甲基胍的离子液体。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所用的金属化合物为氯金酸、氯铂酸、氯化钌、二氯化锡、氯化钯、氯化铑、金属硝酸盐或金属乙酸盐能溶解在离子液体中的金属化合物。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所用的离子液体为三氟甲基磺酸四甲基胍、三氟乙酸四甲基胍、乳酸四甲基胍、甲酸四甲基胍、高氯酸四甲基胍、丙烯酸四甲基胍或甲基丙烯酸四甲基胍能溶解金属化合物和稳定分散碳纳米管的离子液体。
4.权利要求1中的方法，其特征在于，所用的碳纳米管是单、双、多壁及进行表面改性的碳纳米管。
5.权利要求1的方法，其特征在于，碳纳米管是用超声分散在离子液体中。
全文摘要
一种制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法，在离子液体中利用微波加热制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料。具体来讲，是指用三氟甲基磺酸四甲基胍、三氟乙酸四甲基胍、乳酸四甲基胍、甲酸四甲基胍、高氯酸四甲基胍、丙烯酸四甲基胍、甲基丙烯酸四甲基胍等室温离子液体作为介质，将氯金酸、氯铂酸、氯化钌、氯化钯、氯化铑、金属硝酸盐、金属乙酸盐等易发生热化学反应的金属化合物溶解在离子液体中，并将碳纳米管超声分散在离子液体中，形成稳定的分散体系。用微波加热一定时间，即可得到金属或金属氧化物/CNT复合材料。本发明方法快速、简便，容易实现离子液体与产品的分离，并且离子液体可以回收利用。
文档编号C04B35/01GK1706772SQ200410046388
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月8日 优先权日2004年6月8日
发明者刘志敏, 韩布兴, 孙振宇, 高海翔 申请人:中国科学院化学研究所