多元醇一锅法制备CNT/Fe₃O₄@ZnO一维纳米复合材料的方法

专利名称：多元醇一锅法制备CNT/Fe₃O₄@ZnO一维纳米复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种CNTz^e3O4IgznO —维纳米复合材料的制备方法。
背景技术：
碳纳米管(CNT)具有优良的力学、热学、电学等特性及一维纳米结构，在纳米电子 器件、增强复合材料、储氢材料、生物医用、催化领域有广阔的应用前景。四氧化三铁纳米粒 子具有优异的磁性能和良好的生物相容性，可以用于磁流体、靶向给药、癌症热疗、磁共振 成像、磁回收载体等领域。目前，有研究者在CNT上组装!^e3O4纳米颗粒，赋予CNT良好的磁 响应性，并将其制备成磁流变液、电极材料、靶向药物载体等。现有CNTZ^e3O4存在只具有磁性，没有光催化等光学特性。

发明内容
本发明要提供了多元醇一锅法制备CNT/^e304@Zn0—维纳米复合材料的方法；(同 时赋予一维纳米材料磁性和光学双功能特性。多元醇一锅法制备CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合材料的方法，其特征在于多元醇 一锅法制备CNTA^3O4IgznO—维纳米复合材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg 多壁碳纳米管(一维基体)、100 400mg乙酰丙酮铁(前驱体)和25ml三甘醇(溶剂)后 混合，然后超声分散至均勻后通入氩气，再加热至三甘醇沸点回流30 60min ；二、然后冷 却至室温，再投入100 300mg醋酸锌(前驱体)，然后缓慢加热至三甘醇沸点，回流30 60min,冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次，干燥得到CNTz^e3O4IgZnO复合材料。本发明采用多元醇一锅法制备了 CNTz^e3O4IgZnO磁光双功能一维纳米复合材料。 这种方法操作简便，通过改变前驱体投入量可以控制aio的负载量。所制备出的一维纳米 复合材料中，Fe3O4和ZnO在CNT表面负载均勻，复合材料平均直径约为60nm。复合材料呈 现超顺磁性，自身不易团聚；最大饱和磁化强度可达到2&mu/g，在外加磁场下有很好的响 应。并且复合材料具有光催化性，作为一种具有磁性的催化剂，光催化后还可以用磁场回收 再利用，节省了资源。在组装光电器件，光催化领域都有应用前景。


图1是CNTA7e3O4OZnO复合材料的XRD图，图中■表示!^e3O4，丨表示SiO，a表 示 CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 4，b 表示 CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 2，c 表示 CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 1 ；图 2 是 CNT/Fe304@Zn0(1 2 4)复合材料的红外 吸收谱图；图3是CNTz^e3O4IgZnO(1 2 4)复合材料的SEM形貌；图4是CNT/Fe304@ Ζη0(1 2 4)复合材料的能谱图；图5是CNTA^3O4复合材料的TEM照片；图6是CNT/ Fe304@Zn0(l 2 4)复合材料的 TEM 照片；图 7 是 CNT/Fi5304 禾口 CNT/Fi5304(gZn0 (1 2 4) 复合材料的磁滞回线图；图8是未加磁场复合材料在乙醇中分散情况图；图9是加磁场复合材料在乙醇中分散情况图；图10是甲基橙水溶液被复合材料光催化不同时间后的紫外 可见吸收谱图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式中多元醇一锅法制备CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合 材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg多壁碳纳米管(一维基体)、100 400mg 乙酰丙酮铁(前驱体)和25ml三甘醇(溶剂)后混合，然后超声分散至均勻后通入氩气，再 加热至三甘醇沸点回流30 60min ；二、然后冷却至室温，再投入100 300mg醋酸锌(前 驱体)，然后缓慢加热至三甘醇沸点，回流30 60min，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次， 干燥得到CNT/Fe304@Zn0复合材料。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中超声分散的 频率为80KHz。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中的加热速度 为 5°C /min)。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二所述干燥的温 度为45°c，干燥的时间 为10小时。
具体实施方式
五本实施方式中多元醇一锅法制备CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合 材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg多壁碳纳米管(一维基体)、170mg乙酰丙 酮铁(前驱体)和25ml三甘醇(溶剂)后混合，然后超声分散至均勻后通入氩气(IL)，再 加热至三甘醇沸点回流30min ；二、然后冷却至室温，再投入约200mg醋酸锌(前驱体)，然 后缓慢加热至三甘醇沸点，回流30min，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次，在45°C条件下干 燥10小时，得到CNT/Fe304@Zn0复合材料。本实施方式制备产物中CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 4(按质量比)。
具体实施方式
六本实施方式中多元醇一锅法制备CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合 材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg多壁碳纳米管(一维基体)、170mg乙酰丙 酮铁(前驱体)和25ml三甘醇(溶剂)后混合，然后超声分散至均勻后通入氩气(IL)，再 加热至三甘醇沸点回流30min ；二、然后冷却至室温，再投入IOOmg醋酸锌(前驱体)，然后 缓慢加热至三甘醇沸点，回流30min，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次，在45°C条件下干燥 10小时得到CNT/Fe304@Zn0复合材料。本实施方式制备产物中CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 2(按质量比)。
具体实施方式
七本实施方式中多元醇一锅法制备CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合 材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg多壁碳纳米管(一维基体)、170mg乙酰丙 酮铁(前驱体)和25ml三甘醇(溶剂)后混合，然后超声分散至均勻后通入氩气(IL)，再 加热至三甘醇沸点回流30min ；二、然后冷却至室温，再投入50mg醋酸锌(前驱体)，然后缓 慢加热至三甘醇沸点，回流30min，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次，在45°C条件下干燥10 小时得到CNT/Fe304@Zn0复合材料。本实施方式制备产物中CNT Fe3O4 ZnO = 1 2 1(按质量比)。图1为复合材料的XRD图。2 θ =26°的峰是CNT的峰；2 θ = 30.28°，2 θ =43.40°，2 θ = 53.28°，2 θ =57.14° 和2Θ = 62.76° 的衍射峰分别对应 Fe3O4 的(220)、(400)、(422)、(511)、(440)晶面。31.90° ,36. 10° ,47. 34° ,56. 52° ,62. 96°、 67. 98° 分别对应纤锌矿的(100)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面。从图 1 中可 见，前驱体醋酸锌越多，ZnO特征峰越明显。说明通过增加前驱体投料比就可以增大ZnO的
负载量。图2为CNT/Fe304@Zn0纳米复合材料的红外光谱。其中467CHT1处的峰为ZnO的 特征峰，580cm"1处的峰为Fe3O4特征峰。与XRD —致，醋酸锌投料比最多时ZnO特征峰最明显。图3为CNT/Fe304@Zn0复合材料的SEM形貌和能谱。ZnO纳米颗粒全部均勻沉积 在磁性碳纳米管表面，没有游离在外部的ZnO颗粒。从能谱中可以看出有Zn元素。4图为CNIYFe3O4磁性碳纳米管的TEM形貌照片。5和6图为CNT/Fe304@Zn0纳米 复合材料的形貌。ZnO全部均勻包覆在磁性碳纳米管表面。与磁性碳管比较，复合材料的管 径变大，平均直径约为60nm。图9为复合材料的磁滞回线。所有的CNT/Fe304@Zn0复合材料都呈现超顺磁特性， 最大饱和磁化强度22emu/g。ZnO含量越多，饱和磁化强度越小。这是由于ZnO占有一部分 质量，并且对内部磁性碳管有屏蔽作用。图8和9为加磁场前后复合材料在乙醇溶液中分 散情况，加磁场前复合材料均勻分散在乙醇中；加磁场后，复合材料聚集到磁铁附近，可以 看出复合材料具有很好的磁响应特性。图10为经过复合材料光催化不同时间后，甲基橙水溶液的紫外可见吸收谱。在高 压紫外汞灯照射条件下，用CNT/Fe304@Zn0(l 2 4)复合材料对甲基橙进行光催化降解。 从图中看出，随着光催化时间增长，甲基橙位于467nm处的吸收峰逐渐减弱至零，说明在复 合材料的催化下，甲基橙被降解了。复合材料具有催化功能。 综上所述，本发明用一种简便的方法合成出了 CNT/Fe304@Zn0 —维纳米复合材料。 该复合材料具有超顺磁性和较高的饱和磁化强度，自身不易团聚，在外加磁场下有良好的 磁响应。此外，该复合材料还具有光催化性能。在组装光电器件，光催化领域有应用前景。
权利要求
1.多元醇一锅法制备CNTA^3O4IgznO—维纳米复合材料的方法，其特征在于多元醇一 锅法制备CNTA^3O4IgznO —维纳米复合材料的方法是按下述步骤进行的一、称取IOOmg多 壁碳纳米管、100 400mg乙酰丙酮铁和25ml三甘醇后混合，然后超声分散至均勻后通入氩 气，再加热至三甘醇沸点回流30 60min ；二、然后冷却至室温，再投入100 300mg醋酸 锌，然后缓慢加热至三甘醇沸点，回流30 60min，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤4次，干燥 得到CNT/Fe304iZn0复合材料。
2.根据权利要求1所述的多元醇一锅法制备CNT/^e304@Zn0—维纳米复合材料的方法， 其特征在于步骤一中超声分散的频率为80KHz。
3.根据权利要求1所述的多元醇一锅法制备CNT/^e304@Zn0—维纳米复合材料的方法， 其特征在于步骤二中的加热速度5°C /min。
4.根据权利要求1所述的多元醇一锅法制备CNT/^e304@Zn0—维纳米复合材料的方法， 其特征在于步骤二所述干燥的温度为45°C，干燥的时间为10小时。
全文摘要
多元醇一锅法制备CNT/Fe3O4@ZnO一维纳米复合材料的方法它涉及一种CNT/Fe3O4@ZnO一维纳米复合材料的制备方法。本发明提供了多元醇一锅法制备CNT/Fe3O4@ZnO一维纳米复合材料的方法。本发明的方法如下一、称取多壁碳纳米管、乙酰丙酮铁和三甘醇后混合，然后超声分散至均匀后通入氩气，再加热至三甘醇沸点回流；二、然后冷却至室温，再投入醋酸锌，然后缓慢加热至三甘醇沸点，回流，冷却后磁分离，再用乙醇洗涤，干燥得到CNT/Fe3O4@ZnO复合材料。应用在组装光电器件，光催化领域。
文档编号H01F1/01GK102091627SQ20101056349
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者李静, 蔡伟, 隋解和 申请人:哈尔滨工业大学