催化剂制备方法对碳纳米管质量和形态的影响研究

改变催化剂性质是提高碳纳米管质量的一个重要的途径。在火焰法制备碳纳米管实验中,主要对比了溶胶-凝胶法和浸渍法2种催化剂制备方法。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和透射电子显微镜3种手段对合成的碳纳米管进行系统性表征。结果表明:浸渍法制备的催化剂粘性更大,更易于粘在探针或基板上,有利于碳纳米管的大型化生产;与溶胶-凝胶法相比,用浸渍法催化剂合成的碳纳米管拉曼光谱中D峰与G峰的比值下降了12.5%,碳纳米管直径缩小了18.1%且碳管更平直,石墨化程度更高。在催化剂制备工艺相近的条件下,选择浸渍法可以改善碳纳米管的质量。     

扩散火焰合成碳纳米管研究

利用扩散火焰合成碳纳米管是一项新的技术和方法。介绍了这种新方法的基本原理,较系统地研究了火焰参数、基板材料、合成时间等对碳纳米管形态的影响。初步研究表明它在无外加催化剂的情况下也能合成碳纳米管,具有“自生催化”的特点。     

Ni-La-Mg上催化裂解甲烷生成碳纳米管的研究

采用气相沉积法催化合成碳纳米管，研究了反应条件及镍基催化剂中镧(La)的加入对合成碳纳米管的影响，并用TEM，XRD，BET表，正其形貌和结晶度，实验结果表明：Ni—La—Mg(摩尔比为1：0．1：1)催化剂在600℃反应60min时表现出最佳活性，镍基催化剂中加入La后，能使所合成的碳纳米管管径更细，石墨化程度更高，热稳定性更好．     

包覆纳米镍粒子的碳纳米管磁性研究(英文)

通过溶胶 -凝胶超临界干燥技术制备出NiO SiO2 比为 1.2的二元气凝胶纳米催化剂 ,并以气凝胶为催化剂通过化学气相热解法合成了碳纳米管 ;碳纳米管的合成是在石英管式炉中完成。将催化剂置于石英舟中 ,在流动氮气中将管式炉加热至所需的温度 ,然后通入甲烷、氢气混合气体 ,热解反应 30min～ 6 0min后形成碳纳米管。反应结束后 ,生成的碳纳米管在氮气氛中冷却至室温。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、Raman分析手段对制得的碳纳米管进行了表征 ,并测定其磁化系数。结果表明 :裂解产物主要由碳纳米管和纳米镍粒子组成 ,且纳米镍粒子包覆于碳纳米管的顶端。这种包覆纳米镍粒子的碳纳米管的比饱和磁化强度和矫顽力分别为 0 .6 6A·m2 ·kg- 1 和2 0 15 7A·m- 1 。     

利用电沉积Ni纳米晶制备无缠绕阵列碳纳米管

以金属Cu基板上脉冲电沉积Ni纳米晶薄膜作为催化剂,在乙醇火焰中制备了直立、无缠绕阵列碳纳米管.利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和激光拉曼谱仪(Raman)对不同工艺制备的Ni纳米晶薄膜和阵列碳纳米管的形貌进行了表征.结果表明:通过综合控制脉冲电沉积参数、电沉积时间和火焰中的合成时间,可以获得大面积、密集、均匀、直立、无缠绕、形态良好、重复性高的阵列碳纳米管.脉冲电沉积Ni纳米晶和合成无缠绕阵列碳纳米管的最佳工艺条件是:脉冲电沉积正、负脉冲的工作频率为154Hz、占空比为38.5%、电沉积时间为1min、基板预热至600℃、火焰中停留1min.通过对生长机理的研究发现:当电沉积时间较短时,获得的Ni纳米晶薄膜较薄,具有较高的局域粗糙程度和催化活性,有利于碳纳米管的同时大面积"拥挤生长"形成阵列结构;另外,通过调整脉冲电沉积参数,可以控制Ni纳米晶的大小,从而控制碳纳米管的长径比,当长径比较小时即可获得无缠绕的阵列碳纳米管.     

SnO（Sn）/泡沫镍整体催化剂的制备和催化活性

以泡沫镍为载体制备一系列活性组分为SnO和Sn的整体催化剂,测定了催化剂对邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DOP)合成反应的催化活性,研究了电镀电流密度、电镀温度和焙烧处理对催化性能的影响,以及整体催化剂的寿命和失活的原因.结果表明,所制备的SnO(Sn)/泡沫镍整体催化剂对DOP的合成有很好的催化活性和选择性.用整体催化剂Sn/Ni-3(300)催化DOP的合成反应,在1h的反应时间内邻苯二甲酸酐的转化率达到96.75%;反应平衡时合成的产物中DOP的选择性达到97%以上.SnO(Sn)/泡沫镍整体催化剂使用后很容易从反应体系中分离,不需要任何处理即可重复使用多次.     

Synthesis of SnO(Sn)/Ni foam monolithic catalysts and their catalytic activity

以泡沫镍为载体制备一系列活性组分为SnO和Sn的整体催化剂,测定了催化剂对邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DOP)合成反应的催化活性,研究了电镀电流密度、电镀温度和焙烧处理对催化性能的影响,以及整体催化剂的寿命和失活的原因. 结果表明,所制备的SnO(Sn)/泡沫镍整体催化剂对DOP的合成有很好的催化活性和选择性.用整体催化剂Sn/Ni-3(300)催化DOP的合成反应,在1h的反应时间内邻苯二甲酸酐的转化率达到96.75%;反应平衡时合成的产物中DOP的选择性达到97%以上.SnO(Sn)/泡沫镍整体催化剂使用后很容易从反应体系中分离,不需要任何处理即可重复使用多次.     

催化化学气相沉积法制备螺旋形多壁碳纳米管(英文)

以乙炔为碳源、FeMo/MgO催化剂为模板,采用催化化学沉积法制备了螺旋状多壁碳纳米管(hs-MWC-NTs)。其中FeMo/MgO模板,由作为发泡和助燃剂的柠檬酸燃烧而制成。FeMo/MgO催化剂的XRD谱图揭示其具有微晶的通性。应用SEM、TEM和Raman光谱剖析了合成的炭材料。SEM和TEM观察表明获得了hs-MWC-NTs;Raman光谱的D峰和G峰确认了所获碳纳米管(CNTs)的结晶状态。结果表明:此法乃是合成直径10nm～20nm螺旋形多壁碳纳米管的最容易和简便方法。     

爆炸辅助气相沉积法制备炭纳米线的研究

根据爆炸辅助气相沉积法生长碳纳米管的机理,设计了两种制备炭纳米线的方案:(1)使用低活性铁-镍二元金属催化剂;(2)对钴催化剂作用下碳纳米管的生长实施冷冻。透射电子显微镜显示这两种方法制备的炭纳米线均为纳米颗粒组装而成,具有非常粗糙的表面。其中,使用铁-镍二元催化剂所制炭纳米线直径分布不均匀,黏结情况严重;而在冷冻钴催化剂作用下炭纳米管生长过程所得的炭纳米线直径分布比较均匀,黏结情况也大为减少。这两种纳米线的差别与金属催化剂的活性有关。光催化降解亚甲基蓝实验表明:冷冻碳纳米管生长所得炭纳米线具有良好的催化辅助功能,可以提高ZnS纳米晶的光催化活性。     

热化学气相沉积法在硅纳米丝上合成碳纳米管

利用热化学气相沉积法在负载不同厚度催化剂的硅纳米丝(SiNW)表面生长碳纳米管(CNTs),探讨了生长条件对所合成SiNW-CNT的结构和场发射特性的影响.这种类似树状的三维结构具有较高碳纳米管表面密度及降低的电场筛除效应等潜在优势.使用拉曼光谱( Raman)、电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量扩散分光仪(EDS)分析了碳纳米管的结构性质,并在高真空下施加电场测得碳纳米管的场发射特性.结果表明:随硅纳米丝上负载催化剂镍膜厚度的变化,所合成碳纳米管的表面特性、结晶结构及功函数改变,导致电子发射难易程度的改变,进一步影响碳纳米管的场发射特性.     

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料

碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性,是制备复合材料的理想形式。评述了目前碳纳米管复合材料的制备及其应用研究的动态。用化学镀方法制备的镍基碳纳米管复合镀层比传统的复合镀层具有更高的耐磨性能,结构为非晶态。讨论了复合镀制备金属基碳纳米管复合镀层的优越性及应用。用原位聚合法合成了导电聚苯胺-碳纳米管的复合材料,可以作为电池和电化学超级电容器的电极材料。      

Cu/CNTs复合粉末制备工艺研究

采用原位合成和化学共沉积相结合的方法制备了Cr/Cu复合粉体催化剂,并将其用于碳纳米管的制备。利用XRD、SEM和TEM手段分别对其晶相、微观结构形态进行表征。研究表明,Cr含量对最终产物CNTs的结构有明显影响,10%(质量分数)Cr复合催化剂催化效果最好;不同煅烧温度下所得催化剂存在差异,其中700℃煅烧条件下可制备出结晶良好的Cr/Cu纳米复合催化剂。不同生长温度下所得复合粉体催化合成的碳纳米管品质形貌不一,其中800℃条件下可得到纯度高、表面光滑的碳纳米管。     

预置镍化学气相沉积法制备定向碳纳米管(英文)

采用化学气相沉积法(CVD),在溅射了镍薄膜的硅基底上制备了定向碳纳米管薄膜。对镍薄膜的氨气预处理过程及其机理进行了研究。结果发现预处理后的岛状区域随着薄膜厚度的增加而增加,纳米粒子区域的变化则与之相反。对5nm的镍薄膜进行预处理能获得细化和均匀分布的纳米粒子,有利于定向碳纳米管的生长。碳纳米管的生长过程及其细微结构与温度有很大关系。碳源的分解、碳原子在催化剂内部的扩散以及催化剂粒子的团聚三者之间的竞争决定了碳纳米管的生长情况。本文分析了碳纳米管的顶部生长模式及该模式下催化剂粒子的形态变化。     

大内径碳纳米管的制备研究

采用化学气相沉积法（chemical vapor deposition）制备碳纳米管．在高温裂解甲烷制备碳纳米管的反应体系中，比较研究了碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙和碳酸钡等碳酸盐作为毒物对镍基催化剂和碳纳米管的影响；另外，还考察了裂解温度对碳纳米管的产率和管型的影响。实验中采用气相色谱（gas chromatography）在线检测甲烷的转化率，从而比较镍基催化荆的催化活性；采用透射电子显微镜（transmission electron microscopy）对合成的碳纳米管的外部形貌进行观察。结果发现，无论是从碳纳米管的产率还是形貌，碳酸钠均优于其它几种碳酸盐，内管径可达到70-80nm，另外还发现，750℃为此法制备碳纳米管的最佳裂解温度。     

定向碳纳米管的化学气相沉积制备法

报道了一种简便有效的合成定向碳纳米管 (CNTs)的化学气相沉积 (CVD)制备方法。以铁为催化剂 ,乙炔为碳源 ,采用单一反应炉 ,直接在石英基底上沉积催化剂颗粒薄膜 ,成功合成了定向性好、管径均匀的高质量大密度的碳纳米管     

大面积取向生长碳纳米管的ECR-CVD方法制备与表征

本文采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积方法(ECR-CVD),以CH4和H2为气源、Fe3O4 纳米粒子为催化剂,未加电场,在多孔硅基底上制备出大面积取向生长碳纳米管.使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能量色散分析(EDX)对样品形貌和结构进行表征.结果显示:合成的碳纳米管为多壁碳管;碳纳米管直径60 nm～90 nm,长度约8 μm;碳纳米管展现出中空管状和链状两种结构;碳纳米管的生长采取催化剂底端生长模式.     

催化剂对爆炸法合成碳纳米管的影响

通过热引发方式使炸药-催化剂前驱体-碳氢化合物体系在密闭反应管中发生爆炸合成碳纳米管。采用TEM,HRTEM,XRD和TG等方法研究了以二茂铁、甲酸镍和乙酸钴作为催化剂前驱体对所合成碳纳米管产物的形貌、微观结构和纯度的影响。以乙酸钴为前驱体可以得到纯度较高(约80%～90%)、微观结构较好的管腔中空的碳纳米管。以二茂铁为前驱体,只有约10%～20%的碳管生成且多呈竹节状形貌。以甲酸镍为前驱体,得到的碳管纯度也不高(约10%～20%),碳管管壁富含结构缺陷,相当多的碳管端口膨胀成直径约为160nm的纳米泡。XRD分析表明这些催化剂前驱体在爆炸反应后均被分解、还原为金属单质。通过对生成的碳纳米管的质量和纯度进行比较,得出本方法中催化剂的催化活性依次为:钴>铁>镍,并对本方法中高碳源浓度环境下不同催化剂的活性差异作了简要分析。     

镍催化热解乙炔制备碳纳米纤维

在较低温度(450-800℃)下以氧化铝基板负载的镍为催化剂,催化热解乙炔合成碳纳米纤维.扫描电镜和透射电镜观察表明,反应温度决定碳纳米纤维的尺寸和结构,在550℃下制备的碳纳米纤维一般具有类似弹簧状的结构,而在700℃下制备的碳纳米纤维则偏向于片状堆积结构,并介绍了片状堆积结构的生长机理.     

多壁碳纳米管的合成及应用

介绍了批量制备高纯度多壁碳纳米管的方法.通过将金属M分散在MgO上形成催化剂,在680℃催化裂解石油液化气批量合成碳纳米管,考察了工艺条件的影响.最后研究了碳纳米管在高分子材料中应用.     

碳纳米管取向对HA/CNTs复合材料力学性能的影响

以碳纳米管为增韧材料,用原位合成法制备了羟基磷灰石/碳纳米管复合粉体,通过氮气保护热压烧结制备了羟基磷灰石/碳纳米管复合材料,并对其进行了XRD、FT-IR、SEM、致密度、抗弯强度及断裂韧性测试,同时探索了碳纳米管取向对材料力学性能的影响.结果表明,复合材料中碳纳米管择优分布在热压面内;碳纳米管取向对材料的力学性能有较大影响,随θ(材料表面与热压方向的夹角)的增大,材料的力学性能提高,垂直于热压面的方向最差,平行于热压面的方向最好.