一种石墨烯@碳纳米管异质结材料及其制备方法

本申请属于材料制备，具体涉及一种石墨烯@碳纳米管异质结材料及其制备方法。

背景技术：

1、众所周知，石墨烯/碳纳米管复合材料在能源、电子传感等领域具有广泛的应用前景，因此，众多科研工作者积极开展石墨烯/碳纳米管复合材料的研发与改进。

2、例如，cn 110255541 b公开一种碳纳米管增强石墨烯的制备方法，是将含有氧化石墨烯、碳纳米管、还原剂和发泡剂的混合溶液发泡，得到碳纳米管增强石墨烯水凝胶，将得到的水凝胶进过冷冻，然后退火处理，制备得到密度低且具有良好抗压性能的碳纳米管增强石墨烯。

3、cn 113428851 b公开一种石墨烯-碳纳米管复合材料的制备方法，通过控制石墨烯与碳纳米管的混合比例，并结合上述制备方法，使制得的石墨烯-碳纳米管复合材料具有优良的分散性和导电性能，可作为其他高分子复合材料的功能添加剂，改善高分子复合材料的物理化学性能。

4、基于上述，传统的石墨烯/碳纳米管复合材料与上述公开的申请文件一样，都是通过先分别获得石墨烯和碳纳米管材料，然后借助物理或者化学方式将其混合。一方面，制备过程繁琐，溶剂的使用容易引入杂质污染；另一方面，获得的复合材料仅通过简单的物理或者化学结合方式，相互作用弱。

5、有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

1、为了解决上述技术缺陷之一，提供一种石墨烯@碳纳米管异质结材料，并提供一种石墨烯@碳纳米管异质结材料的制备方法。

2、本申请实施例中提供了一种石墨烯@碳纳米管异质结材料，包括石墨烯和碳纳米管；所述石墨烯和碳纳米管通过sp2键键合在一起，以一种类似“焊接”的结合方式结合；所述石墨烯为三维取向结构；所述碳纳米管为一维结构。

3、本申请实施例中提供了一种石墨烯@碳纳米管异质结材料的制备方法，用于制备上述石墨烯@碳纳米管异质结材料；包括如下步骤：

4、s1：将预设质量的催化剂置于管式炉中；

5、s2：将管式炉内的气压抽至10pa以下；

6、s3：在管式炉中通入预设量的活性气体，打开等离子体装置，并将温度升至预设温度并进行预设时间的退火处理，以去除催化剂表面的氧化物同时增加催化剂的活性；

7、s4：关闭活性气体，通入预设量的碳源，由于催化剂和等离子体的作用，碳源裂解产生c，ch等活性物质，生长后获得碳纳米管；

8、s5：继续保持条件不变延长预设生长时间，碳原子在步骤s4所获的碳纳米管缺陷处通过sp2键合形成石墨烯；

9、s6：关闭等离子体装置以及关闭碳源，自然降至室温，生长完毕后可得到所述的石墨烯@碳纳米管异质结材料。

10、优选的，步骤s1中所述催化剂为碳纳米管催化剂。

11、优选的，所述活性气体为氢气、氮气、氩气、氨气的一种或其组合；所述活性气体的用量为5～60sccm。

12、优选的，所述退火处理的处理温度设置为400～1000℃；所述退火处理的时间设置为不小于5分钟。

13、优选的，步骤s4中所述碳源为乙炔、乙烯、甲烷、丙烯、丁烷、乙醇、乙腈、丙酮、聚乙烯、淀粉、葡萄糖中的一种或其组合。

14、优选的，步骤s3中所述等离子体装置为射频等离子体装置、直流等离子体装置、微波等离子体装置任意一种或组合。

15、本申请的有益效果：

16、1.本申请采用简单的一步化学气相沉积制备方法，操作简易，具有普适性；可以直接获得石墨烯@碳纳米管异质结，石墨烯和碳纳米管之间有很强的结合作用，石墨烯和碳纳米管通过sp2键键合在一起，形成一种类似“焊接”结合方式；同时碳纳米管的一维结构与石墨烯的三维取向结构所构成的多级结构，具有更大的比表面积和更多维的电子传输，在能源、电子传感等领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种石墨烯@碳纳米管异质结材料，其特征在于，包括石墨烯和碳纳米管；所述石墨烯和碳纳米管通过sp2键键合在一起，以一种类似“焊接”的结合方式结合；所述石墨烯为三维取向结构；所述碳纳米管为一维结构。

2.一种石墨烯@碳纳米管异质结材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的石墨烯@碳纳米管异质结材料；包括如下步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述催化剂为碳纳米管催化剂。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性气体为氢气、氮气、氩气的一种或其组合；所述活性气体的用量为5～60sccm。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的处理温度设置为400～1000℃；所述退火处理的时间设置为不小于5分钟。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述碳源为乙炔、乙烯、甲烷、丙烯、丁烷、乙醇、乙腈、丙酮、聚乙烯、淀粉、葡萄糖中的一种或其组合。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述等离子体装置为射频等离子体装置、直流等离子体装置、微波等离子体装置任意一种或组合。

技术总结
本申请提供一种石墨烯@碳纳米管异质结材料，包括石墨烯和碳纳米管；所述石墨烯和碳纳米管通过sp<supgt;2</supgt;键键合在一起，以一种类似“焊接”的结合方式结合；所述石墨烯为三维取向结构；所述碳纳米管为一维结构；并提供一种石墨烯@碳纳米管异质结材料的制备方法。

技术研发人员：慈海娜,郝朝旭,何燕
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16