碳纳米纤维复合材料问世

    日前， 中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室由天艳课题组成功制备了钯纳米颗粒/碳纳米纤维复合材料。 该研究工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金和吉林省杰出青年基金项目的资助。

    碳纳米纤维具有和碳纳米管相似的机械强度、热稳定性、导电性和比表面积，二者均可作为良好的金属纳米颗粒催化剂载体，在催化、燃料电池和高灵敏的化学/生物传感领域具有广阔的应用前景。由于它们具有相似的表面化学性质，可以用相似的方法对它们进行共价和非共价修饰。然而，在催化气相沉积制备碳纳米纤维和碳纳米管的过程中，经常会在产物中含有金属催化剂、石墨颗粒等杂质，使得在应用时须进行烦琐的纯化过程；而通过共价和非共价的方法在碳纳米纤维和碳纳米管表面修饰金属纳米颗粒，则会影响载体材料结构的完整性以及其导电性。所以，亟须发展一种非破坏性、高效的金属纳米颗粒/碳纳米纤维或碳纳米管复合材料的制备方法。

     研究表明，电纺是一种利用聚合物溶液在强电场中进行喷射纺丝的加工技术，所制备的纤维直径一般在几十纳米到几微米之间，是获得纳米尺寸长纤维的有效方法之一。长春应化所由天艳课题组将聚丙烯腈和醋酸钯溶于二甲基甲酰胺中，然后电纺制备复合纳米纤维，再经还原和碳化处理，制备了钯纳米颗粒/碳纳米纤维复合材料。所制备的产物中，钯纳米颗粒在碳纳米纤维表面具有良好的分散性和稳定性。该方法制备的产物中没有其他杂质的存在，可直接用于催化反应。

    同时，这项研究的复合材料对过氧化氢和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化还原反应具有很高的电催化活性，实现了对这些物质的直接电化学检测。另外，通过电纺方法制备的碳纳米纤维及其复合材料也被用于其他物质的电化学检测，显示了良好的电催化活性。

    该研究工作发展了一种简单有效的制备钯纳米颗粒/碳纳米纤维的方法，产物中没有其他杂质存在，在应用时不需要烦琐的纯化过程。通过选用不同的金属前体，该方法还可扩展到其他各种金属纳米颗粒/碳纳米纤维复合材料的制备。制备的纳米复合材料可用于电化学生物传感器的制备和燃料电池电极材料，并有望用作有机合成反应的催化剂。