纳米碳管表面化学镀镍的两种方法比较

Ａ．纯 化 后 纳 米 碳 管
Ｂ．钯 活 化 镀 镍 纳 米 碳 管
Ｃ． 钯 活 化 镀 镍 纳 米 炭 管 无
图 １ 多 壁碳 纳米 管 的 ＳＥＭ 图 像
２ 结 果 与讨 论
从 扫描 电镜 图片 （ １ 可 以看 到 ． 过浓 硝酸 纯化 处 理后 的 纳米碳 管 。 面包裹 的大部 分无 定 形 图 Ａ） 经 表 碳 等非 晶碳类 杂质 已经 被 除去 ， 管壁光 滑 ， 的纳米碳 管 被切短 ， 长 团聚现 象有所 改 善． 碳 纳米管 表 面本身 不存 在化 学镀镍 的催 化 活性 中心 ， 施镀 之前 必先 经过 预处 理 ， 以使 表 面活 化 ． 钯 活 化 镀 镍 过 程 中 ， ｎ １・ Ｈ ０ 在 水 中 生 成 微 溶 于 水 的 凝 胶 状 的 碱 式 氯 化 亚 锡 纳 米 级 颗 粒 （ Ｓ Ｃ： ２
Ｔｗｏ ｄ ｆｅ ｅ ｔｍｅｈ ｄ ｆｅｅ ｔ ｏｅ ｓｐ ａ ｉ ｇ ｎ ｎ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｉ ｒ ｎ ｔ ｏ ｓｏ ｌｃ ｒ ｌｓ ｌ ｔｎ ｉ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｏ
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实 现 镍 对 碳 纳 米 管 的 包 覆 ． 学 镀 液 配 方 主 要 的成 分 ：０ Ｌ Ｎ Ｃ：６ ： ＋５ ／ Ｈ Ｃ ＋６ ／ 化 ３ ｉ１・Ｈ Ｏ ０ ｇＬ Ｎ ４ｌ ５ｇＬ
ＣＨ ０ Ｎ ＋１ ， ａ ２Ｏ ・Ｈ ０，表 面活性 剂 ０３ｇＬ十二 烷基 苯磺 酸 钠 ． Ｈ值 用 氨水 调 节 为 ８０温 ６ ， ， ０ｇＬＮ Ｈ Ｐ ２ ： ． ／ ｐ ． ，
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１ 实 验
１１ 仪器与试 剂 ．
Ｄ —Ｉ Ｆ ｌ集热式 磁力加 热搅拌 器 ． 电热恒 温水浴 锅 ，Ｋ ５ Ｌ Ｓ ２ ０ Ｈ超 声分散 设备 ， Ｏ — Ｓ ６ ６ Ｌ Ｊ Ｌ ＪＭ一 ３ ０ Ｖ扫描 Ｅ 电镜 ； 实验 所 用 的是 通 过 天然 气 催 化 裂 解 法 所 制得 的多 壁 碳 纳 米 管 ， 径 为 ３ ～ ０ ｌ 长度 约 为 本 管 ０ ５ ｍ， ｌ ５ ｍ， ０ 由成都 中科 时代 纳米材 料 中心 提供 ； 用化学 试剂均 为分析纯 ． 所 １ 纳米 碳管 的纯化 ． ２ 取适量碳 纳米 管加入 到 １０ｍＬ浓 度为 ６ ％浓 硝酸 中 ， 浴加热 到 １ ０ｏ 沸 腾状态 下冷凝 回流处 ２ ８ 油 ４ Ｃ， 理 １ ， ２ｈ 自然 冷 却后 取 出 ， 用砂 芯 漏斗抽 滤 ， 去 离子 水 冲洗数 次 至 中性，２ 烘干 １ ， 到样 品 Ａ 用 １０ｏ Ｃ ２ｈ 得 （ １． 图 ） 这一 步的 目的是除 去碳管 中含有 的无定形碳 、 催化 剂颗粒 等杂质 ， 切短 氧化碳 管 ， 碳管 表面生 使
Ｓ Ｃ Ｈ ０ ＝ ｎ Ｏ Ｃ ｓ ｎ １ ２ Ｓ （ Ｈ） １（）＋Ｈ １， 些带 正 电荷 的胶体 粒 子相互 排斥 ， 于溶液 的稳定 ， 电胶 粒 以成 ＋ Ｃ） 这 利 带
键 形式 吸附在 纯化 碳纳 米管 表 面官 能团 的密集 处． 种纳 米级胶 粒 结构 较松 散， 这 在活 化溶 液 中 Ｐ ｄ离 子
第 ４期
１３ 钯 活 化 镀 镍 过 程 ．
首先 对纯化处 理后 的碳纳 米管 在 Ｓ Ｃ２ Ｈ ０敏化液 中进行 敏化 处理 ， ｎ １２ ： ￣ 温度 为 ６ ０水洗 涤至 中性 ． 然后 将敏 化后 的碳 纳米 管放 到 Ｐ Ｃ ： 体 中进行 活化 处 理 ， 度 为 ６ ｄ １胶 温 ５℃， 间 时 为 ２ ｉ， ０ｍ ｎ 用去 离子 水洗 涤至 中性． 后将 表 面改性 后 的碳 纳米管 均匀 分散 于镀 镍液 中， 最 通过 化学 沉积
的机 理 ． 望 了成 本 较低 的无 钯 活 化镀 镍 方 法 的 工 业化 前 景 ． 展
关键词 ： 纳米碳管； 化学镀镍； 活化 钯； 中图分类 号 ：Ｍ２ Ｔ ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３ ６ ６ ２ ０ ）４ ０ ５ — ３ １ ７ — ０ ０（０ ９ ０ ～ ０ ８ ０
成羧基 等活性基 团 ． 增加 了纳米 碳管在 水 中的分散性 ， 减少 团聚．
收 稿 日期 ：０ ９ ０ — ２ ２０ — ７ ０
作者简介： 姚娇 艳 （９４ ） 女 ， １８ 一 ， 河南 新 乡 人 ， 教 ， 要 从 事纳 米 功 能材 料 研 究 助 主
５８
姚 娇 艳 等 ： 米 碳 管 表 面 化 学 镀 镍 的 两 种 方 法 比 较 纳
Ｋｅ ｒ ： ｒｏ ａ ｏｕ ｅ；ｅｅ ｔ ｌｓ ｌｔ ｇＮｉ ｄ ｃｉａｉｎ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｃａｂ ｎｎ ｎ ｔｂ ｓ ｌｃｒ ｅｓｐａｉ ；Ｐ ；ａ ｔ ｔ ｏ ｎ ｖ ｏ
自 １ ９ 年 Ｉｉ ａ 现碳纳 米管 以来 … 碳 纳米管 的特殊 结构 和其 潜在 的工业 应用价 值受 到 了人们 ９ １ ｉｍ 发 ｊ ，
纳米碳管表面化学镀镍的两种方法比较
姚娇艳 ， 贾德 宇
（ 空军第一航空学院， 河南 信 阳 ４４ ０ ） ６０ ０
摘要 ： 在前期预处理相同的情况下， 试验了碳纳米管表面钯活化和无钯活化两种镀镍方法。扫描电镜观察表
明 ． 过 浓 硝 酸 纯化 ， 纳 米 管 表 面 的 大 部分 杂质 被 除 去 ， 的 碳 管被 切 短 ； 种 活 化 方 法 均 得 到 了表 面镀 覆 经 碳 长 两 有 纳 米 镍 颗 粒 的碳 纳 米 管 ； 活 化镀 镍 相 对 于 无钯 活化 镀 镍 得 到 的镀 层 更 为 均 匀 致 密 ． 讨 了 两 种 活 化方 法 钯 探
性点 开 始生成 ． 由于 Ｐ ｄ原子 的还 原性 强， 反应 温 度下 ， ｄ原子 颗粒 很快 被 还原 的 Ｎ 原子所 覆 盖 ¨ ． 在 Ｐ ｉ １ 引
无钯 活化 方 法直 接用 镍 盐代 替钯 盐进 行 预处 理， 主要 步骤 包 括碳 表 面羧 基 化 、 ｉ 子 的 吸附 和 其 Ｎ 离
度为 ６ ５℃ ， 问为 ２ ｉ． 敏化 、 时 ０ｒ ｎ 在 ａ 活化 、 化学 镀镍 过 程 中一直 采 用超 声 分散． 洗 上述 产 物 ， １ 水 １ ０℃烘
干 ． 样 品 Ｂ（ １． 得 图 ） １ 无 钯 活 化 镀 镍 过 程 ． ４
取 适 量样 品 Ａ， 浸泡 在 ８ ０℃ ， ／ ４ｇＬ的 Ｎ Ｏ 中 ， ， ａＨ 时间 为 １ ｎ 使 羧 基 （ Ｃ Ｏ 离子 化 ， 洗后 ， ０ｍｉ， 一 Ｏ Ｈ） 水 用 ３ ／ １ｇＬ的 Ｎ Ｓ ｉＯ 于室 温浸 泡 １ ｎ以使 其表 面 吸 附二 价 Ｎ 离 子 ， 用 ２ ． ｇＬ的 Ｋ Ｈ４还原 ． 处 ０ｍｉ， ｉ 并 １ ／ ６ Ｂ 预 理后 的碳 纳 米 管 经 过 水 洗 即 可 施 镀 ． 液 组 成 为 ： ５ｇＬＮ Ｓ ４６ ０ ＋２ ／ ａ ２Ｏ ・ ２ ＋ ０ｇＬ 镀 ２ ／ ｉＯ ・Ｈ２ ０ ｇ Ｎ Ｈ Ｐ ２Ｈ ０ ２ ／ Ｌ Ｎ ３６ ０ ・ Ｈ０ （ 檬 酸钠 ）＋５ｇ ａ ｃ 无 水 ）ｐ ａ Ｈ５７２ ２ 柠 Ｃ ／ Ｎ Ａ （ Ｌ ，Ｈ值 为 ６０ 镀槽 为 ２ ０ｍ ．． ５ Ｌ烧杯 ， 于 电热恒 温水 浴 置 锅 中， 温度 ８ ０℃， 加搅 拌． 洗上 述产 物 ， １ 不 水 ｌ ０℃烘干 ， 得样 品 Ｃ 图 １． （ ）
很 容易 进入胶 粒 中， 即被 Ｓ （ 还 原成 Ｐ 立 ｎ Ⅱ） ｄ原 子 （Ｐ ％Ｓ ＝ ｎ ＋ Ｐ ） Ｐ ２ ｄ ｎ Ｓ “ ２ ｄ ． ｄ原 子 吸附 在胶 粒上 聚集 成
极 细小 的活性 颗粒 ， 这种 吸 附很可 能是 一种 由范德 华力 、 仑力 等 引起 的物 理 吸附 ， 库 化学 镀镍 从 这些 活
吸 附 Ｎ 离 子 的化学 还 原． 纳 米管 氧化 后， Ｎ Ｏ ｉ 碳 在 ａ Ｈ溶 液 中浸 泡 以 中和残 留在 管 中 的 Ｈ Ｏ ， 时使 羧 Ｎ ，同 基 （ Ｃ Ｏ 离 子化 ， 一 Ｏ Ｈ） 为下一 步 Ｎ 离子 的吸 附作 准备 ． 后， Ｎ Ｓ ｉ 之 在 ｉＯ 溶液 中， 面通 过 羟基 （ Ｏ 表 一 Ｈ）、 羧基
的极 大关 注 ， 成为 化学 、 理和材 料等科学 领域 的研究热 点［． 了充 分发挥碳 纳米 管的优 异性能， 物 ２为 ３ 在很
多情 况下 。 碳纳米 管 的改性 与修饰 是其 应用 的前提 和基础 ［ ． 瑚］镍包 覆后 碳纳 米管 的表 面活 化能 大大 降
低， 不但 使其分 散性 以及 与其它 金属 或化合 物 的相 容性 得到 改善 ， ］ 而且 为制备 一维 的磁性 纳米线 及性 能优 良的二维 、 三维 的复合 吸波材料展 示 了美好 的前 景［，］近 年来 有关 碳纳米 管复合 材料 的研究 和应 １ｌ Ｏ１ ． 用 已成 为该 领域研 究 的热点之 一 ， 文研究 比较 了纳 米碳 管钯活 化和 无钯 活化化 学镀镍 两种 方法所 得 本 到的不 同镀覆效果 ．
第３ ７卷 第 ４期
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ４ １３ ．
河 南 科 技 学 院 学 报 Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｎ Ｉ ｓｉｕｅ ｏ ｃｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＨｅ ａ ｎ ｔｔｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
２０ ０ ９年 １ ２月 Ｄｅ ． ０ ９ ｅ２０
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉｅｅ ｔｍｅｈ ｄ ｆｅｅ ｔ ｌｓ ｌｔ ｇ Ｎ ｎ ｃｒ ｏ ａ ｏｕ ｅ ｅｅ ｉｖ ｓｉａｅ ｆ ｒｔｅ ｓＩｅ ｔ ａ ｔ ｗｏｄｆ ｒｎ ｔｏ ｓ ｏ ｌｃｒ ｅ ｓｐａｉ ｉｏ ａｂ ｎ ｎ ｎ ｔｂ ｓｗ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔｄ ａｔ ｈ ａＩ ｏ ｎ ｇ ｅ ｌ
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