一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法

本发明涉及元素含量的检测方法领域，具体涉及一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法。

背景技术：

1、由于碳纳米管独特的结构和性质，使其具备作为催化剂载体的优异条件。通过选择合适的途径将催化剂组装在碳纳米管内部，利用碳纳米管管腔对催化剂性能的调变作用，达到提高催化活性的目的。现有技术中大多采用液相浸渍法将催化剂组装在碳纳米管内外壁上，然而前驱溶液进入碳纳米管内总量的不确定性导致无法控制最后管内镍纳米颗粒负载量。目前通过等离子体质谱仪或火焰原子吸收光谱仪可以检测碳纳米管上金属负载总量，但该种检测方法不具有选择性，无法区分管内外壁上的绝对负载量。通过拍摄碳纳米管局部透射电子显微镜能够观察到管内外壁上的镍负载量，但该种方法存在严重误差。

技术实现思路

1、针对现有碳纳米管负载量检测方法对管内外壁上负载的金属纳米颗粒不具有选择性，以及检测精度较低的问题，本发明提供了一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法，通过在检测前预先将碳纳米管封端处理，防止管内负载的金属纳米颗粒泄露，为后续分别检测管内及外壁上的负载量提供了先决条件，同时提高了碳纳米管内外负载量的检测精度。且本发明选择在碳纳米管退火时进行封端，通过调整退火温度和退火速率来调控封端反应的进行速率和程度，从而实现了更好的封端效果。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1：预处理：将负载有金属催化剂颗粒的碳纳米管置于管式炉内，抽真空；所述金属催化剂颗粒为钴、镍、铜中的一种；

5、s2：封端：对碳纳米管进行退火处理，设定退火温度为1200℃～1500℃；在开始冷却时往管式炉内通碳源气体；

6、s3：氧化及水热反应：将经步骤s2中退火处理后的碳纳米管置于大气中进行煅烧，使负载在碳纳米管外壁上的金属催化剂颗粒转化为氧化态，随后置于反应釜中并加入稀硫酸，加热搅拌，将附着在碳纳米管外壁上的氧化态金属催化剂颗粒溶解，得到硫酸金属盐溶液和管内负载有金属催化剂颗粒的封端碳纳米管；

7、s4：管内负载量检测：针对s3处理后的封端碳纳米管，通过ipc-ms技术测定碳纳米管的管内负载量；

8、s5：管外负载量检测：针对s3处理后的硫酸金属盐溶液，通过edta耦合法测定硫酸金属盐溶液中金属催化剂颗粒的含量，即为碳纳米管的管外负载量。

9、进一步地，步骤s1中，抽真空1～2h使所述管式炉内的真空度为0.1mpa，经抽真空后，管式炉密封0.5～1h。

10、进一步地，步骤s2中，所述管式炉内的升温速率控制在3～5℃/min，保温时间为10～15h。

11、进一步地，步骤s2中，所述冷却步骤为：以3～5℃/min的冷却速率降温至600℃，之后随炉冷却至室温。

12、进一步地，步骤s2中，所述碳源气体为乙炔、甲烷、乙烯中的一种或多种。

13、进一步地，步骤s2中，所述碳源气体的通入速率为10～20ml/min；通入时长为2～5min。

14、进一步地，步骤s3中，所述稀硫酸的浓度为3.5mol/l。

15、进一步地，步骤s3中，所述搅拌温度为80℃～100℃；搅拌时长不低于6h；所述水热反应重复进行2～3次。

16、进一步地，步骤s4中，所述ipc-ms技术的具体操作步骤为：

17、s4.1：提取管内负载有金属催化剂颗粒的封端碳纳米管，加入酸热溶解，定容，得到待测液；

18、s4.2：取步骤s4.1中的待测液于电感耦合等离子体质谱仪上进行测定，测得金属催化剂颗粒的含量。

19、进一步地，步骤s5中，所述edta耦合法的具体操作步骤为：

20、s5.1：配制ph缓冲溶液；

21、s5.2：将ph缓冲溶液滴入硫酸金属盐溶液中，得到ph值为8～10的混合溶液i；

22、s5.3：往混合溶液i中持续滴加指示剂至混合溶液i变色，得到混合溶液ii；

23、s5.4：往混合溶液ii中持续滴加edta标准溶液至混合溶液ii变色；

24、所述edta标准溶液的摩尔浓度为0.2mol/l，利用公式i来计算硫酸镍的水溶液中镍含量；

25、

26、其中，cedta为edta标准溶液的摩尔浓度；vedta为edta标准溶液的消耗体积；m为金属催化剂的相对质量分数；m为最初负载有金属催化剂颗粒的碳纳米管的质量。

27、本发明的有益效果如下：

28、1.本发明中碳纳米管封端后可以避免镍纳米颗粒从管内漏出，从而影响管内镍负载量的检测精度。通过封端能够分别检测管内和管外的镍负载情况，从而更全面地评估催化性能。

29、2.本发明在退火冷却阶段进行封端，该阶段碳纳米管的结构会发生一定程度的重排和修复，这有助于将乙炔分解生成的碳原子填充到开放端口中。同时通过控制退火温度和退火速率，可以调控封端反应的进行速率和程度，从而实现更好的碳纳米管封端效果。

技术特征：

1.一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s1中，抽真空1～2h使所述管式炉内的真空度为0.1mpa，经抽真空后，管式炉密封0.5～1h。

3.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s2中，所述管式炉内的升温速率控制在3～5℃/min，保温时间为10～15h。

4.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s2中，所述冷却步骤为：以3～5℃/min的冷却速率降温至600℃，之后随炉冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s2中，所述碳源气体为乙炔、甲烷、乙烯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s2中，所述碳源气体的通入速率为10～20ml/min；通入时长为2～5min。

7.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s3中，所述稀硫酸的浓度为3.5mol/l。

8.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s3中，所述搅拌温度为80℃～100℃；搅拌时长不低于6h；所述水热反应重复进行2～3次。

9.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s4中，所述ipc-ms技术的具体操作步骤为：

10.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征在于，步骤s5中，所述edta耦合法的具体操作步骤为：

技术总结
本发明提供了一种碳纳米管内外负载量的定量分析方法，包括以下步骤：①将负载有金属催化剂颗粒的碳纳米管置于管式炉内，抽真空；②进行退火并封端；③煅烧，随后置于反应釜中加入稀硫酸，加热搅拌后得到硫酸金属盐溶液和管内负载有金属催化剂颗粒的封端碳纳米管；④通过IPC‑MS技术测定碳纳米管的管内镍负载量；⑤通过EDTA耦合法测定硫酸金属盐溶液中金属离子的含量。本发明通过在检测前预先将碳纳米管封端处理，防止管内负载的金属纳米颗粒泄露，为后续分别检测管内及外壁负载量提供了先决条件，同时提高了碳纳米管内外负载量的检测精度。且本发明通过调整退火温度和退火速率来调控封端反应的进行速率和程度，从而实现了更好的封端效果。

技术研发人员：周秉亮,刘秀娟,刘南清,汪梅
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15