流动催化法连续制备碳纳米管及其形态和结构的研究

以二茂铁作为催化剂来源、以苯作为碳源、氢气和氩气分别作为载气和稀释气体,在１１００℃连续地合成了碳纳米管．碳纳米管的生成分二个过程：催化生长和表面无定形碳的生成．所得到的碳纳米管的内径为３～６ｎｍ,而外径约为２０～７０ｎｍ碳纳米管的外径随气体流速的增加而变细,在较细的碳纳米管中观察到了由催化生长而成的具有光滑薄壁的原始碳纳米管．生成的碳纳米管的长度达数十微米、直径较均匀,其端部大多为圆形,但也观察到其他的形状的端部．     

碳源对碳纳米管形态的影响

以苯和甲苯为碳源,二茂铁为催化剂,含硫化合物为助催化剂,采用浮游催化裂解法制备了碳纳米管,并采用TEM对不同条件下所得碳纳米管进行了形态分析。结果发现,碳源中苯和甲苯的配比对碳纳米管的形态有着重要的影响。以纯苯为碳源时,产物主要为直线型碳纳米管,并存在极少量短的弯曲型碳纳米管。随着碳源中甲苯比例的增加,产物中折线型碳纳米管增加。以纯甲苯为碳源,产物中仍有少量直线型碳纳米管,而不完全是折线型碳纳米管;此外,产物中还发现了极少量分支型碳纳米管。根据所得结果讨论分析了甲苯的加入对碳纳米管形态的影响以及各种碳纳米管的形成机理,认为可能是由于甲苯在催化热解过程中产生的碳种不同于苯催化热解所产生的碳种,造成碳在催化剂颗粒各处浓度不同,从而在碳纳米管的不同部位引入五元环和七元环而形成各种形态的碳纳米管。     

对硝基酚在β-环糊精/碳纳米管修饰电极上的电催化行为研究

以酸化处理的多壁碳纳米管与β环糊精为原料,采用静电自组装法制备了β环糊精/多壁碳纳米管复合材料。用循环伏安法研究了pH值、扫描速率、催化时间、原料比例、待测液浓度等因素对β环糊精/多壁碳纳米管修饰电极在对硝基酚溶液中电化学催化效果的影响。实验结果表明,β环糊精/多壁碳纳米管复合材料对对硝基酚电催化效果明显,且该催化过程为吸附控制过程。确定了最佳催化条件为选取邻苯二甲酸氢钾作为缓冲溶液,极化时间40s,碳纳米管与环糊精质量比为1∶3。对硝基酚浓度在1.3×10-6~3.5×10-4 mol/L时,对硝基酚的浓度与差分脉冲峰电流呈线性关系,相关系数为0.9985,检出限为1.223×10-7 mol/L。     

铁填充碳纳米管的原位合成

以无水三氯化铁为催化剂前驱体,乙烯为碳源,采用浮游催化法成功大量合成铁填充型碳纳米管.系统地考察了催化剂输入浓度及载气种类对产物的影响.利用环境扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射、拉曼光谱和振动磁强计等多种技术手段对产物进行了表征.结果表明:三氯化铁可以替代传统上惯用的有机金属化合物二茂铁作为催化剂前驱体,具有廉价、可控性好等优点,得到的碳纳米管内腔填充有连续的Fe纳米线;这些Fe填充纳米管具有超顺磁性.     

化学气相催化法生长碳纳米管及其器件的原位制备

本文系统地讨论了化学气相催化法制备碳纳米管的工艺过程。讨论了化学气相催化法原位制备碳纳米管器件的技术 ,即先制备电极和催化剂结构 ,然后在电极上原位生长碳纳米管。与目前通常采用的先制备碳纳米管 ,然后超声分离、沉积 ,再光刻、蒸发制备电极的方法相比 ,该方法可以减少后处理工艺对碳纳米管结构带来的损伤 ,具有潜在的优势     

化学气相催化法生长碳纳米管及其器件的原位制备

本系统地讨论了化学气相催化法制备碳纳米管的工艺过程。讨论了化学气相催化法原位制备碳纳米管器件的技术，即先制备电极和催化剂结构，然后在电极上原位生长碳纳米管。与目前通常采用的先制备碳纳米管，然后超声分离、沉积，再光刻、蒸发制备电极的方法相比，该方法可以减少后处理工艺对碳纳米管结构带来的损伤，具有潜在的优势。     

Co催化热分解制备弯曲状碳纳米管的研究

用Ｃｏ催化剂催化热分解乙炔制备碳纳米管,考察了工艺参数对碳纳米管收率及其同结构的影响,得到了较好的工艺流程,同时运用ＴＥＭ、ＨＲＴＥＭ及拉曼光谱对其微观结构进行了分析,并对生长机理做了初步的探讨。     

环己烷浮游催化法在碳纤维表面生长碳纳米管

以环己烷为碳源、二茂铁为催化剂前躯,采用浮游催化法成功的在碳纤维表面生长了碳纳米管(CNT),制备了多尺度杂化材料CNTs/CF。实验重点考察了反应温度、二茂铁浓度、载气等参数对CNT在纤维表面生长的影响,通过扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)研究了CNTs/CF的形貌及产物CNT的微观结构。当固定反应温度为820℃、二茂铁-环己烷浓度为2g/100mL时,随着氢气在载气中含量在0～100%范围内变化,产物CNT直径亦有86nm降低至39nm。通过单丝拉伸测试发现,相比初始碳纤维,不同长度的CNTs/CF单纤维强度下降幅度均在10%以内。     

薄壁碳纳米管的制取

采用催化裂解法,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,制取了薄壁碳纳米管.引入多壁碳纳米管的薄壁指数?来表征多壁碳纳米管的薄壁程度.研究了氢气流量、反应温度和催化剂浓度对薄壁碳纳米管制取的影响.确定了制取薄壁碳纳米管的优化参数:反应温度为850℃,催化剂浓度为0.06g/ml,氩气流量为500ml/min,氢气流量为200ml/min,反应溶液进给量为0.012ml/min.制备出薄壁指数达5.6的大中空薄壁碳纳米管.     

工业级原料制备碳纳米管的研究

为降低碳纳米管批量制备的原料成本,以焦化苯和二茂铁为主要原料(工业级),采用浮游催化热解法制备碳纳米管,用TEM、SEM、Raman、XRD等对产物的形貌和结构进行观察和表征,着重讨论了二茂铁的分解温度和苯的挥发温度对碳纳米管的制备及其形貌的影响,并对其影响机理进行了分析.研究表明:在噻吩体积分数为0.55 mL/100 mL苯、炉膛反应温度为1170℃的前提下,当二茂铁的分解温度为150℃、苯的挥发温度为50℃时,用工业级原料完全可以制备出碳纳米管,此时,碳纳米管的内径分布在0.88~1.15 nm.