单壁碳纳米管的CVD合成及管径分布

甲烷在以活性氧化铝为载体的Fe、Co、Ni、Ru等催化剂上于850 ℃分解并生成直径为0.8～5 nm的单壁碳纳米管.预先将催化剂在1100 ℃焙烧,能够减少产物中无定形碳的生成.拉曼光谱结果表明,由该法制备的碳纳米管的管径分布主要受温度的影响,较低温度有利于较小直径的单壁碳纳米管的生成和较好的管径选择性.     

新型MgO负载Co-Y双金属催化剂对单壁碳纳米管直径分布的调控

单壁碳纳米管的直径调控是碳管生长和应用领域的重要问题。本文以氧化镁(MgO)为载体,首次采用共浸渍法制备了新型钴-钇(Co-Y)双金属催化剂,利用高熔点的Y作为稀释剂和锚定组分控制Co纳米颗粒的尺寸,从而制备窄直径分布的单壁碳纳米管。利用SEM、 XRD、 XPS和TEM等对催化剂的结构形貌进行了表征,确定了Y和Co的存在状态分别为Y₂O₃和Co₃O₄,其中Y金属的加入能显著提高Co₃O₄晶粒的分散性。利用TEM和Raman分析产物的直径分布,结果表明Co-Y/MgO催化剂体系制备了窄直径分布的单壁碳纳米,其直径范围为1.06～1.42nm。     

MgO负载Fe基催化剂选择性合成单/双/多壁碳纳米管

通过浸渍及水热处理获得MgO负载的Fe基催化剂,并将其用于化学气相沉积过程裂解甲烷获得碳纳米管.结果表明,单/双/多壁碳纳米管可选择性地生长在Fe负载量不同的Fe/MgO催化剂上.当Fe负载量仅为0.5%时,铁原子在载体表面烧结为0.8～1.2nm的铁颗粒,碳在这种小颗粒上以表面扩散为主,导致单壁碳纳米管形成,并且单壁碳纳米管的选择性高达90%.当Fe负载量提高到3%时,铁原子聚集成约2.0nm的颗粒,在化学气相沉积中生长碳纳米管时,碳在Fe催化剂颗粒中的体相扩散的贡献增大,在表相扩散和体相扩散的共同作用下,双壁碳纳米管的选择性显著增高.当进一步增加Fe负载量时,铁原子烧结形成1～8nm的颗粒,经过化学气相沉积,在催化剂上生长了单、双、多壁碳纳米管.随着Fe在MgO载体上负载量的增加,管径、管壁数以及半导体管的含量都增加.本研究提供了一种适合大批量选择性生长单/双/多壁碳纳米管的方法.     

CeO2助Ni/MgO催化剂用于化学气相沉积法制备多壁碳纳米管

以柠檬酸燃烧法制备的Ni/MgO,Ni/CeO2-MgO和Ni/CeO2为催化剂,CH4为碳源,采用化学气相沉积法制备多壁碳纳米管(MWCNTs),通过N2吸附、X射线衍射、H2程序升温还原和X射线光电子能谱对催化剂进行表征,并运用热重和透射电镜表征了碳纳米管的质量和形貌.结果表明,CeO2的加入可有效地降低还原温度和...     

Fe/MgO催化合成碳纳米管和氮掺杂碳纳米管

以MgO负载的Fe为催化剂、正己烷为碳源、乙二胺为氮源, 用催化化学气相沉积法合成了碳纳米管(CNTs)和氮掺杂碳纳米管(CNx). 通过还原焙烧的Mg/Fe水滑石(LDH)和Mg(NO3)2/Fe(NO3)3前驱体得到具有催化活性的Fe催化剂(Fe-LDH和Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3). 由这两种催化剂催化合成的CNTs都具有中空的管状结构. Fe-LDH催化合成的CNx具有明显的“竹节”状形貌, 而Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成的部分CNx的形貌与“竹节”状不同. 该CNx具有厚的管壁且在管壁的石墨层与层之间存在大量的空隙. Fe-LDH催化合成的CNx中氮摩尔分数为6.3%, 高于Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成CNx中的5.7%; 但后者具有更多的缺陷, 石墨化程度更加无序.     

单壁碳纳米管短管的制备

分别通过控制CVD生长时间的方法和在混合的硝酸硫酸中超声氧化碳纳米管的化学剪裁法制备了单壁碳纳米管短管.两种方法都能将大多数碳纳米管的长度控制在500 nm以下.拉曼光谱结果表明: 在化学剪裁过程中,单壁碳纳米管部分被破坏产生无定形碳杂质;用控制CVD反应时间得到的单壁碳纳米管短管样品比长时间反应得到的长管样品杂质少,且不存在后处理时碳纳米管的破损问题,其纯度比化学剪裁法得到的产品纯度高.     

FeCo/MgO催化生长体相单壁碳纳米管的直径调控

单壁碳纳米管的直径可控生长是碳纳米管生长与应用领域的重要问题。直径在0.9–1.2 nm范围内的碳纳米管非常适合应用于近红外荧光生物成像领域和量子器件单光子光源之中。本文使用FeCo/MgO催化剂生长出了直径在这一范围内的体相单壁碳纳米管,并研究了催化剂制备和CVD生长条件对碳纳米管直径的影响。催化剂前驱体的制备是获得小尺寸催化剂颗粒的关键步骤。在浸渍过程中,使用难水解的金属硫酸盐作为前驱体、降低浸渍pH以及加入络合剂分子都会抑制溶液干燥过程中金属盐的水解,从而控制催化剂的尺寸,使其适合于生长出直径可控的单壁碳纳米管。在CVD生长过程中,使用乙醇作为碳源、使用较低的碳氢比例也有利于小直径碳纳米管的生长。     

催化剂组成和反应条件对W-Fe-MgO催化分解甲烷制备单壁碳纳米管的影响

 采用“柠檬酸法”制备的W-Fe-MgO催化剂,在小型流化床反应器中分别以Ar和H2为载气在1073～1373 K下催化甲烷分解制单壁碳纳米管(SWCNTs). 实验结果表明,用H2作载气制备SWCNTs的最佳温度为1373 K,在Fe∶Mg摩尔比≤10∶100时,催化剂上的碳产率随其W载量的增加而显著增大,产物中的SWCNTs含量也保持在较高水平,最高碳产率可达55%(相对于催化剂的质量分数). 而使用Ar载气时最佳反应温度为1073 K, 用W∶Mg摩尔比为1∶100的催化剂可制得SWCNTs含量较高的产物,而W∶Mg摩尔比超过1∶100的催化剂上产物中的SWCNTs含量显著下降. 根据XRD和XPS实验结果推测了W-Fe-MgO催化剂上生长SWCNTs的活性相.     

CVD法制备单壁碳纳米管的纯化与表征

针对CVD法合成的单壁碳纳米管的特点提出了较为有效的纯化方法，并对纯化后碳管的存在形式进行了表征.结果表明,CVD法制备的单壁碳纳米管中所含的载体和催化剂绝大部分可以通过盐酸除去.在表面活性剂溶液中超声分散碳纳米管,可以使管与无定形碳及石墨状碎片进行有效的剥离.空气加热氧化法和稀硝酸回流法可有效地去除碳杂质,稀硝酸回流可以在纯化的同时对管的末端及侧壁进行功能化.     

不同形貌碳纳米管的制备及其嵌锂性能研究

以乙炔作为反应气 ,用化学气相沉积法 (CVD)和模板法在不同温度 (60 0℃、70 0℃ )下制备了不同形貌的碳纳米管 ,并采用TEM ,HRTEM ,SEM ,XRD ,Raman和充放电实验方法研究其形貌、结构和电化学嵌锂性能 .结果表明 ,不同的制备方法及反应温度对碳纳米管的形貌、结构特征和电化学嵌锂性能均有明显的影响 .在制备的样品中 ,制备温度越低 ,样品的石墨化程度越差 ,可逆嵌锂容量相应越高     

Synthesis and Application of Carbon Nanotubes

Owing to the unique structure, the superior physical and chemical properties, the super strong mechanical performances, and so on, carbon nanotubes have attracted the attention of researchers all over the world. In this article, the basic properties and the main production processes of carbon nanotubes are introduced in brief, and the progress of applied research for carbon nanotubes is reviewed.     

多分叉和铁填充碳纳米管的合成与表征

以二环戊二烯和二茂铁为前驱体,通过化学气相沉积法可控地制备了多分叉的碳纳米管,在其分叉处观察到铁填充物。通过调变前驱物的比例、生长温度等条件能够有效地调变填充物Fe的含量。结果表明,前驱体中二茂铁的相对含量越高,分叉和填充现象越明显,说明铁物种在分叉形成中起重要作用。随着分叉次数的增加,支管的直径显著减小。     

氮掺杂碳纳米管对其负载的Ru催化剂上合成氨的促进作用

以乙腈为碳源和氮源,采用化学气相沉积法制备了氮掺杂的碳纳米管.电子显微镜观察表明,样品形貌为中空的多壁纳米管,管腔大小10～15 nm,壁厚10～20 nm.X射线光电子能谱结果表明,氮已掺杂到碳纳米管结构中,主要以吡啶型氮和取代型氮存在.结合X射线衍射和拉曼光谱结果发现,随着制备温度的升高,氮掺杂量减少,但纳米管的石...     

Ni-Fe/4A分子筛催化剂可控制备大内径碳纳米管

以乙醇为碳源,Ni-Fe/4A分子筛为催化剂,采用化学气相沉积法制备大内径碳纳米管(LIDCNTs)。研究了Ni/Fe的物质的量比(n_Ni∶n_Fe)、碳纳米管(CNTs)的制备温度、催化剂的煅烧温度和4A分子筛载体对CNTs内径的影响。采用TEM、SEM、XRD和BET对LIDCNTs和还原后的催化剂进行了分析。结果显示,LIDCNTs的内径随着CNTs的制备温度、催化剂的煅烧温度的升高和n_Ni∶<     

Growth of Single-walled Carbon Nanotubes on Substrates Using Carbon Monoxide as Carbon Source

The growth of single-walled carbon nanotubes(SWCNTs) on substrates has attracted great interests because of the potential applications in various fields. Carbon monoxide(CO) was used as the carbon source for the growth of SWCNTs on silicon substrates. Random or oriented SWCNTs can be produced by varying the CO flow rate. When the flow rate of CO was as low as 20 sccm(sccm:standard cubic centimeter per minute), dense SWCNT networks with clean surface were produced. When the flow rate was above 50 sccm, vertically aligned SWCNT(VA-SWCNT) arrays were grown. Well-aligned VA-SWCNT arrays were obtained in the temperature range of 650-800℃ and the content of large-diameter(above 1.7 nm) tubes in the array increased with the temperature. The height of the array was affected by the growth temperature, the CO flow rate, and the growth time. These findings indicate CO can be used as an efficient carbon source for the growth of SWCNTs on substrates under low flow rates.