碳纳米管金属粒子复合物以及包含该复合物的催化剂材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纳米管金属粒子复合物，包括碳纳米管及金属粒子，其中，该碳纳米管金属粒子复合物进一步包括包覆在所述碳纳米管表面的聚合物层，所述聚合物层具有多个均匀分布的孔隙，所述金属粒子设置在所述多个孔隙中。本发明还涉及一种催化剂材料包括上述碳纳米管金属粒子复合物。
【专利说明】碳纳米管金属粒子复合物以及包含该复合物的催化剂材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合物以及一种催化剂材料，尤其涉及一种碳纳米管金属粒子复合物和包含该复合物的催化剂材料。
【背景技术】
[0002]近年来，碳纳米管与金属粒子的复合物成为人们研究的热点。由于碳纳米管具有大的比表面积以及高的电导率使碳纳米管成为金属粒子的理想载体材料。该金属粒子可以具有特定的功能，以实现各种应用。例如，将金属粒子催化剂担载在碳纳米管上形成的复合物可以应用于电化学电池、燃料电池以及生物医学领域，具有良好的催化活性。
[0003]在将碳纳米管金属粒子复合物作为催化剂使用时，金属粒子的粒度，以及在碳纳米管表面的分散程度直接影响该催化剂的催化性能。通常情况下，随着碳纳米管表面担载的金属粒子的粒度越小，分散性越好，其催化性能就越好。
[0004]现有技术中，碳纳米管金属粒子复合物的制备方法主要分为物理法和化学法两类，物理法中多采用溅射的方式将金属粒子负载于碳纳米管表面。化学法包括胶体法、溶液还原法、浸溃法、电化学沉积法以及超临界流体法等方法，其中，溶液还原法较为常用，该方法在碳纳米管的悬浮液中加入含金属离子的前驱体溶液，通过加入还原剂使金属离子还原成单质金属粒子担载于碳纳米管表面。但现有技术中利用溶液还原法制备的碳纳米管金属粒子复合物中，金属粒子的分散性不好，且金属粒子的粒度较大，从而影响该碳纳米管金属粒子复合物的催化性能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种金属粒子粒度较小且在碳纳米管表面分散性好的碳纳米管金属粒子复合物，以及包括该碳纳米管金属粒子复合物的催化剂材料。
[0006]一种碳纳米管金属粒子复合物，包括碳纳米管及金属粒子，其中，该碳纳米管金属粒子复合物进一步包括包覆在所述碳纳米管表面的聚合物层，所述聚合物层具有多个均匀分布的孔隙，所述金属粒子设置在所述多个孔隙中。
[0007]—种催化剂材料，包括所述碳纳米管金属粒子复合物。
[0008]相较于现有技术，本发明实施例以碳纳米管以及聚合物为基体，且在所述羧酸根的辅助下原位合成所述碳纳米管金属粒子复合物。在制备过程中，所述聚合物单体的聚合以及所述单质金属粒子的还原同时进行，从而可使负载于碳纳米管上的单质金属粒子均匀分散，且粒径较小(主要以纳米团簇的形态分布)。另外，所述羧酸根一方面与所述聚合物单体或聚合物通过静电作用力相互吸引或以化学键结合，另一方面，所述羧酸根对所述还原的金属粒子在该复合物中的分布具有较好的导向作用，在加入还原剂后，可以促进所述单质金属粒子与聚合物的相分离，所述聚合物间形成大量的孔隙，在所述羧酸根的导向作用下使所述单质金属粒子均匀分散于所述孔隙中，提高了所述单质金属粒子的分散性，从而可抑制该金属粒子之间的团聚，使该金属粒子在该载体表面可以均匀稳定地分布，且该羧酸根对所述金属粒子具有较强的吸附能力，提高了该金属粒子在该载体表面的担载量，从而可提高该碳纳米管金属粒子复合物的催化性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例提供的碳纳米管金属粒子复合物的制备方法流程图。
[0010]图2为本发明实施例提供的碳纳米管金属粒子复合物的结构示意图。
[0011]图3为本发明实施例提供的碳纳米管金属粒子复合物中聚合物和金属粒子的分布示意图。
[0012]图4为本发明实施例1提供的碳纳米管金属粒子复合物的扫描透射电镜(STEM)照片。
[0013]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种碳纳米管金属粒子复合物，包括碳纳米管及金属粒子，其特征在于，该碳纳米管金属粒子复合物进一步包括包覆在所述碳纳米管表面的聚合物层，所述聚合物层具有多个均匀分布的孔隙，所述金属粒子设置在所述多个孔隙中。
2.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述金属粒子通过所述多个孔隙相互间隔设置。
3.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述金属粒子通过所述聚合物层的孔隙均匀分布于所述碳纳米管表面。
4.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述金属粒子的粒径为I纳米至5纳米。
5.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述金属粒子是粒径为I纳米至2纳米的纳米团簇。
6.如权利要求5所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述纳米团簇为由数量小于55个的金属原子聚集组成。
7.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述金属粒子占该碳纳米管金属粒子复合物的质量百分比为20%至70%。
8.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚酰胺、聚丙烯亚胺、聚乙酰苯胺、聚甲基吡咯、聚乙烯二氧噻吩、聚酰胺二铵或聚己内酰胺。
9.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述碳纳米管表面接枝有亲水性基团。
10.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述碳纳米管表面接枝有羧基，所述聚合物层通过所述羧基与所述碳纳米管相吸附。
11.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述聚合物层单独包覆在单根碳纳米管的表面。
12.如权利要求1所述的碳纳米管金属粒子复合物，其特征在于，所述聚合物层的厚度为I纳米至7纳米。
13.—种碳纳米管金属粒子复合物，包括碳纳米管及金属粒子，其特征在于，该碳纳米管金属粒子复合物进一步包括包覆在所述碳纳米管表面的聚合物层，所述金属粒子部分嵌入所述聚合物层中，并暴露于聚合物层的表面。
14.一种催化剂材料，包括如权利要求1至13中任一项所述的碳纳米管金属粒子复合物。
【文档编号】B82Y30/00GK103521750SQ201210231372
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】郭建伟, 解孝林, 王诚, 何向明, 魏文娟, 赵晨辰 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司