碳納米管常用的制備方法

tt碳納米管常用的制備方法主講人：關(guān)麗濤tttl123催化熱解法激光蒸發(fā)法石墨電弧法目錄1催化熱解法催化熱解法(CVD)又叫化學(xué)氣相沉積法,含有碳的氣體流經(jīng)催化劑納米顆粒表面時(shí)分解產(chǎn)生碳原子,在催化劑表面生成碳納米管.催化熱解法又以催化劑存在方式的不同被分為基體法和浮游法等。1催化熱解法利用石墨或陶瓷等作載體,將催化劑附著于其上,高溫下通入含碳?xì)怏w使之分解并在催化劑顆粒上長(zhǎng)出碳納米管1.1基體法1催化熱解法就是直接加熱催化劑前驅(qū)體使其成氣態(tài),同時(shí)與氣態(tài)烴一起被引入反應(yīng)室,在不同溫區(qū)各自分解,分解的催化劑原子逐漸聚集成納米級(jí)顆粒,浮游在反應(yīng)空間,分解的碳原子在催化劑顆粒上析出,形成碳納米管.此方法可連續(xù)生產(chǎn)。1.2浮游法1催化熱解法載體的類(lèi)型、催化劑的種類(lèi)和制備方法、反應(yīng)氣體種類(lèi),以及流量和反應(yīng)溫度等對(duì)碳納米管生長(zhǎng)有較大影響.此方法的反應(yīng)過(guò)程易于控制,反應(yīng)溫度相對(duì)較低,產(chǎn)品純度較高,成本低,產(chǎn)量高,適用性強(qiáng),現(xiàn)被廣泛用于碳納米管的制備.1.3優(yōu)點(diǎn)2激光蒸發(fā)法利用高能量密度激光在特定的氣氛下照射含催化劑的石墨靶,激發(fā)出來(lái)的碳原子和催化劑顆粒被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū),在載體氣體中氣態(tài)碳在催化劑的作用下相互碰撞生成碳納米管.在1437K下,THESS等采用雙脈沖激光照射含Ni/Co催化劑顆粒的石墨靶,獲得較大數(shù)量和高質(zhì)量的單壁碳納米管.2.1過(guò)程2激光蒸發(fā)法陳文哲等用脈沖激光轟擊流動(dòng)的乙醇和鎳-石墨靶的固-液界面,也制得了碳納米管.碳納米管的生長(zhǎng)主要受到激光強(qiáng)度、生長(zhǎng)腔的壓強(qiáng),以及氣體流速等因素的影響.此法得到的大多是單壁碳納米管,質(zhì)量高,但產(chǎn)量較低.2.2試驗(yàn)3石墨電弧法IIJIMA通過(guò)電弧放電法首次得到了碳納米管.陽(yáng)極石墨電極在電弧產(chǎn)生的高溫下蒸發(fā),在陰極沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物.用純石墨電極制備的碳納米管存在石墨碳納米顆粒、無(wú)定形碳等雜質(zhì),產(chǎn)量不高且分離困難.在石墨電極中加入Fe,Co,Ni等催化劑可以降低反應(yīng)溫度,擇優(yōu)生成碳納米管.3.1過(guò)程3石墨電弧法在反應(yīng)室中充入惰性氣體或氫氣,采用不同的工藝條件,可制得單壁碳納米管或多壁碳納米管.WANG等認(rèn)為,與Ar,He等惰性氣體對(duì)碳納米管的形成主要起冷卻作用相比,H2具有更高的導(dǎo)熱率且可形成C—H鍵,從而刻蝕非晶碳,因此用H2作緩沖氣體合成的碳納米管更加純凈.3.2優(yōu)化3石墨電弧法成會(huì)明等開(kāi)發(fā)了半連續(xù)氫等離子電弧法,陽(yáng)極由石墨粉和催化劑組成,陰極是一根石墨棒.用金屬絡(luò)合物催化,含硫化合物抑制雜質(zhì)生成,促進(jìn)碳納米管生長(zhǎng),在H2氣氛中電弧放電,單壁碳納米管0.5h的產(chǎn)量達(dá)1g