纳米碳管的制备和纯化

纳米碳管是一种新型的纳米材料，有着独特的结构和性能。本文对纳米碳管的制备方法和分离提纯技术进行了简要的综述。     

单壁纳米碳管的纯化及其储氢特性

针对半连续氢电弧法制备的单壁纳米碳管提出了一种纯化方法。采用HNO3和H2O2回流水煮的方法对单壁纳米碳管进行了纯化处理，透射电镜观察及热重分析表明样品中的无定形炭、纳米碳颗粒及金属催化剂颗粒等杂质可被有效去除，提纯后单壁纳米碳管的收率约为35％，纯度在95％以上；研究发现该纯化方法对单壁纳米碳管的孔径分布和比表面积有较大影响。采用体积法测定了纯化前后单壁纳米碳管样品的储氢容量，结果表明纯化样品的储氢量为1．65％，比未提纯样品（0．56％）有较大提高。     

纳米碳管

从纳米碳管的种类,合成,纯化,修饰以及应用方面对这种新型的纳米材料作了扼要的论述。     

纳米碳管的研究进展

本文对纳米碳管的结构、种类作了概括介绍；对纳米碳管的制备方法、纯化方法及主要应用作了详细的综述；并对纳米碳管研究中存在的问题及今后发展趋势作了简单介绍。     

纳米碳管/聚合物复合材料的研究进展

综述了纳米碳管 /聚合物复合材料的概况及制备方法以及制备中存在的问题。     

纳米碳管提纯的研究进展

对当前给米碳管的各种提纯方法进行了分类、总结。同时对各类提纯方法的机理进行了讨论,简述了本研究小组在提纯方面的工作。     

纳米碳管吸附储氢

由于纳米碳管具有独特的结构和性质，纳米碳管吸附储氢一直是纳米碳管以及氢能利用技术研究的热点问题。国内外众多的实验研究结果和理论分析也展示了纳米碳管所具有的优良吸附储氢性能和广泛的应用前景。对纳米碳管储氢过程进行更为深入的实验和理论研究将有助于推动储氢技术和氢能的开发利用。     

纳米碳管在聚合物复合材料领域的研究进展

在总结了纳米碳管/聚合物复合材料制备方法的基础之上,对其在力学性能、电学性能和光学性能方面的最新研究进展情况进行了综述。从目前研究结果看,尽管纳米碳管的增强效果不如预期,但其可以在改进聚合物基体复合材料力学性能的同时赋予复合材料一定的功能性的特点,为功能型结构复合材料的设计提供了新的思路。     

纳米技术与纳米碳管

叙述了纳米技术的特点，探讨了纳米碳管的研究和应用前景。     

纳米碳管的制备及其应用

本文综述了纳米碳管的制备及应用,展望了纳米碳管广阔的应用前景。     

碳纳米管/壳聚糖复合材料的研究进展

碳纳米管/壳聚糖复合材料是一种新型的生物复合材料,具有独特的结构以及优良的力学、生物、电化学等性能。本文综述了碳纳米管/壳聚糖复合材料的各种制备方法,并详细讨论了溶液共混法、静电自组装法、逐层自组装法等方法的优缺点。还概括了碳纳米管/壳聚糖复合材料在电化学分析、生物传感器、电驱动等领域的应用进展,并展望了其主要研究方向和发展趋势。     

聚丙烯/碳纳米管复合材料的研究进展

聚丙烯（PP）作为通用型热塑性塑料,具有物理性能优异、成型加工简单、密度小以及原料来源丰富等优点,广泛应用于电器、汽车和包装等行业。但是PP具有韧性差、低温脆性突出、抗冲击性能不佳、介电常数低、制品尺寸稳定性差等诸多缺点。碳纳米管（CNT）不仅具有独特的管状结构,还具有优异的力学、导电、导热以及耐磨等性能。将CNT和PP进行复合并制备出具有导电、导热、耐磨等高性能复合材料具有广阔的应用前景。因此,本文重点综述PP和CNT复合材料的新进展,主要包括结晶行为、力学性能、电学性能、摩擦性能、导热性能以及其他性能。针对现阶段PP/CNT复合材料研究和开发过程中存在的问题提出意见和建议,并对PP/CNT复合材料的未来发展做出展望。     

碳纳米管改性处理的研究

用不同的处理方法，对碳纳米管进行改性处理，结合碳纳米管的理论估算，通过BET法评价不同处理方法的改性效果。实验结果表明碳纳米管经过空气氧化或浓混酸回流处理后，由高倍透射电镜显示，其管长变短。管端端帽开口，从而显著增加了碳纳米管的比表面积和孔容。     

煤基碳纳米管制备技术和生长机理研究进展

我国煤炭资源丰富,但现阶段以燃烧、热解和气化等为主的传统利用方式存在资源浪费、环境污染和经济效益低等问题,且我国以煤炭资源为主题的能源结构在短期内不会发生改变,因此,清洁、高效利用是新时期煤炭资源的立足点和首要任务。另一方面,碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学和热学等方面具有优异的特性,使其在复合材料、电子材料和能源材料等领域具有广泛的应用,但是碳纳米管制备成本偏高的问题较为突出,严重限制了其大规模的应用,现阶段急需开发新型、环境友好的碳纳米管制备技术。宏量、低成本的煤基碳纳米管制备技术可以同时较好地解决上述2个问题。笔者基于文献重点分析了反应原料、放电气氛和催化剂等因素对电弧放电法和等离子体射流法2种煤基直接制备碳纳米管技术的影响,讨论了原料种类、催化剂、反应温度、升温速率和反应气氛等因素对化学气相沉积法-煤基间接碳纳米管制备技术的影响过程。分析发现,在电弧放电法和等离子体射流法中,原料种类对碳纳米管产物的产量具有重要作用,放电气氛对碳纳米管产物的类型具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物产量和类型均具有重要影响;在化学气相沉积法中,原料种类对碳纳米管产物形貌、长径比和有序度等性质具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物的生长过程具有重要影响,反应温度和升温速率对碳纳米管产物的管径变化和类型具有重要影响,反应气氛可改变催化剂的催化效果。此外,总结了煤基碳纳米管直接和间接制备技术中碳纳米管的生长机理的类型及特点:其中,直接制备技术中碳纳米管生长过程符合碎片式生长机理,而间接制备技术中碳纳米管生长过程可分为气-液-固(VLS)、气-固-固(VSS)、气相成核(VPN)和阶梯式等类型。分析认为应当深入开展以下工作:探究煤、煤热解气和商业煤气等廉价原料制备碳纳米管的过程,进而建立和完善原料与碳纳米管产物之间的关系体系;开发新型、高效的煤基碳纳米管催化剂制备技术;建立新的碳纳米管生长模型,进一步丰富和完善碳纳米管生长模型体系。     

Multi-step purification of carbon nanotubes

An efficient purification procedure for multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) synthesized by the floating catalyst method was discussed. The process involves ultra-sonication, heat treatment in hot water, bromination, oxidation and acid treatment. Most of amorphous carbon, multishell carbon nanocapsules as well as metal particles were successfully removed from the MWNT product. With this procedure, MWNTs with purity of more than 94% were obtained and the yield could approach 50%. It was found that bromination took an important role in the purification of MWNTs. Transmission electron microscopy, XPS and thermo-gravimetric analysis were used to evaluate the purification process of MWNTs. The mechanism of bromination on purification of the MWNTs was also discussed.     

碳纳米管水平阵列的结构控制生长：进展与展望

碳纳米管水平阵列是指生长于平整基底上且与沿基底平行排列的一种碳纳米管类型。与其他类型的碳纳米管相比,水平阵列类型的碳纳米管具有很低的结构缺陷和优异的力学、电学、热学性能,在微电子、超强纤维、航空航天等尖端领域有广阔和重要的应用前景。这些应用对碳纳米管的缺陷浓度、手性分布、半导体型纯度及阵列密度等指标的要求十分严苛,因而碳纳米管水平阵列的结构控制与批量制备是其实现性能应用的关键。在过去的近三十年中,研究者们已在碳纳米管水平阵列的结构控制生长上取得了大量进展,但同时也面临不少挑战。本文对碳纳米管水平阵列的结构控制、批量制备及前沿应用的研究进展进行了回顾,并对其面临的挑战和未来发展方向进行了讨论。     

Nitrogen-doped carbon nanotubes synthesized with carbon nanotubes as catalyst

Nitrogen-doped carbon (CN_x) nanotubes were synthesized with carbon nanotubes (CNTs) as catalyst by detonation-assisted chemical vapor deposition. CN_x nanotubes exhibited compartmentalized bamboo-like structure. Electron energy loss spectroscopy and elemental mapping studies indicated that the synthesized tubes contained high concentration of nitrogen (ca. 17.3 at.%), inhomogeneously distributed with an enrichment of nitrogen within the compartments. X-ray photoelectron spectroscopy analysis revealed the presence of pyridine-like N and graphitic N incorporated into the graphitic network. The catalytic activity of CNTs for CN_x nanotube growth was ascribed to the nanocurvature and opening edges of CNT tips, which adsorbed C_n/CN species and assembled them into CN_x nanotubes.     

碳纳米管对水体重金属污染物的吸附/解吸性能研究进展

详细阐述了碳纳米管(CNTs)对水体中和重金属离子的吸附/解吸影响因素和吸附机理,展望了碳纳米管在环境治理方面应用前景。     

火焰法制备碳纳米管研究进展

火焰法是近20年来兴起的一种新颖、高能效、低成本的碳纳米管制备方法。火焰法能同时提供制备碳纳米管所需的碳源和热源,具有大规模制备碳纳米管的潜力。由于火焰中环境极其复杂,控制火焰中碳纳米管的合成仍是巨大的挑战。本工作介绍了碳纳米管的结构及其性能,综述了扩散火焰(同轴扩散火焰、反扩散火焰和对冲扩散火焰)和预混火焰(单面滞止火焰和双面滞止火焰)制备碳纳米管的研究进展,并对碳纳米管的vapor–liquid–solid、顶部和底部及空心和实心生长机理作了简要阐述,介绍了本课题组基于甲烷/空气同轴射流火焰制备碳纳米管的研究进展。分析表明,金属镍起催化作用,催化剂颗粒包覆在碳纳米管内部,火焰合成的碳纳米管基于vapor–liquid–solid生长机制,碳纳米管直径为50~90 nm,平均直径为65 nm。对火焰法制备碳纳米管的发展方向进行了展望。     

多壁碳纳米管的功能化及其应用研究

首先用混合酸纯化了原料碳纳米管,然后使用有机胺对碳纳米管进行了共价功能化。拉曼光谱和元素分析结果表明,烷基胺通过共价键接合于碳纳米管表面。从热重分析结果可知,碳纳米管表面附着有质量分数为6.9%～16.4%的有机物。透射电镜照片显示,在碳纳米管的外壳上覆盖有厚度为几纳米的无定形的材料,形成核—壳结构。力学性能结果表明,加入质量分数为1%的功能化纳米碳管可使环氧树脂的断裂韧性提高35%。