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碳纳米管的制备方法

日期:2024-08-08 00:13
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摘要:制备碳纳米管的过程中如果不使用催化剂,产物就只有无定形碳,只有加入催化剂后生成物才含有大量的单、多壁碳纳米管。常见的催化剂种类主要是金属单质和化合物。过渡金属Fe、Co、Ni、Mo等。碳在催化剂中的溶解度决定了催化剂的催化性能,溶解度越大催化性能越强。 如果用CO做为碳源的话,CO可以在铁或者镍或者是钴上发生解离式吸附,生成C,从而才能成为碳管。如果是其它的金属,CO多数发生线式吸附,无法解离生成C,自然也无法长成碳材料。
碳纳米管制备的催化剂

      制备碳纳米管的过程中如果不使用催化剂,产物就只有无定形碳,只有加入催化剂后生成物才含有大量的单、多壁碳纳米管。
常见的催化剂种类主要是金属单质和化合物。
过渡金属Fe、Co、Ni、Mo等
碳在催化剂中的溶解度决定了催化剂的催化性能,溶解度越大催化性能越强。
如果用CO做为碳源的话,CO可以在铁或者镍或者是钴上发生解离式吸附,生成C,从而才能成为碳管。如果是其它的金属,CO多数发生线式吸附,无法解离生成C,自然也无法长成碳材料。 


电弧放电法
       此法是以含有催化剂的石墨棒作为阳极,纯石墨棒作为阴极,在充有一定惰性气体、氢气或其他气体的低压电弧室内,通过电极间产生3000℃以上的连续电弧,使石墨与催化剂完全气化蒸发生成碳纳米管。


化学气象沉积法
      此法是在一定温度下,在催化剂的作用下裂解含碳气体或液体碳源,从而生成碳纳米管,故此法又称催化裂解法,具有设备简单,成本低,产量大等优点,缺点是石墨化程度不高,杂质多。催化剂一般为过渡金属,碳源可以是甲烷、CO、乙烯等含碳气体,也可是苯、甲苯等液体。

化学气相沉积发制备CNT的装置简图 


激光蒸发法
      将掺杂Fe、Co、Ni等过渡金属的石墨靶材,在反应温度1200℃下,在惰性气体(He)保护下用激光轰击靶材表面制备碳纳米管。此法优点是制备的碳纳米管纯度高,易于连续生产,但能耗高、实验设备复杂、制备成本高,不适合大规模生产。
      将一根金属催化剂、石墨混合的石墨靶放置于一长方形石英管中间,该管则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时将惰性气体充入管内,并将一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下生产气态碳,气态碳和催化剂离子被气流从高温区带到低温区,在催化剂作用下生长成单壁纳米管。

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