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.     

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.     

利用无水乙醇分解制备碳纳米管

利用CVD法高温分解无水乙醇,以分子筛（合成皂石）基体上的Fe颗粒为催化剂,制备出了管壁更薄、端部为开口结构的碳纳米管.本实验制备出的碳纳米管,相对于传统CVD方法制备出的碳纳米管,在实验条件控制稳定的情况下,管壁较直、缺陷较少、管内径较大.具有这样结构的碳纳米管在储氢等方面应具备更为优良的效果,从而有着潜在的应用前景.     

Ni-Mo双金属氧化物催化剂CVD法大量制备成束多壁纳米碳管

采用溶胶凝胶法合成的Ni-Mo双金属氧化物催化剂,用CVD法催化裂解甲烷从而大量制备高质量高纯度的成束多壁纳米碳管.实验结果表明,该催化剂具有很高的活性和催化效率.反应2 h后,制备的多壁纳米碳管的量可达到初始催化剂量的80倍以上.碳管的直径较均匀,在10～20 nm之间.随着反应时间的延长,制备的纳米碳管石墨化程度增加,反应1 h后,粗产品中纳米碳管的含量就超过了97％. 简单放大后,单炉每克催化剂可以在0.5 h内制得40 g以上多壁纳米碳管.     

纳米CaCO3负载过渡金属CVD法制备多壁碳纳米管的研究

以纳米碳酸钙粉体为载体,用浸渍法制备了可用于化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的高产率催化剂.应用FESEM,HRTEM,TEM,XRD和激光拉曼谱对产物进行了表征.结果表明,由于纳米碳酸钙具有较大的比表面积,可高密度地承载催化剂活性组分.在碳纳米管生长初期,处于缓慢分解状态的纳米碳酸钙才能有效地起到载体作用,且反应温度为700～750℃时,碳纳米管的产率较高.Fe-Co双金属催化剂在700℃,催化生长60min后,可增重10倍,而且产物中无定形碳含量极少.纳米碳酸钙载体易于提纯,用质量分数为30%的硝酸超声提纯粗产品1h,可使纯度提高到97%,且不破坏碳纳米管结构.     

Carbon Nanotubes Grown on Sepiolite as Catalyst Carrier

Multi-walled carbon nanotubes were synthesized by the catalytic decomposition of acetylene at 750℃ over sepiolite powder,which was treated with aqueous cobalt nitrate. It is expected that the composite with high specific area will have high capacity of hydrogen storage.     

催化剂载体对CVD法制备碳纳米管的影响

用DTA、TEM和XRD方法研究了碳氢化合物催化裂解制备碳纳米管(CNTs)反应中催化剂载体的影响。实验结果表明:当以金属Co作为活性组分时,对于催化剂Co/Al₂O₃,在最佳反应温度(650℃)条件下,碳纳米管粗产品的产率为457g/100g·cat,明显高于以Co/SiO₂作载体时的产率131g/100g·cat,且碳纳米管直径小,直径分布范围窄(10nm～20nm)。但在空气气氛中的DTA结果表明,在催化剂Co/SiO₂上生成的碳纳米管的抗氧化能力较在催化剂Co/Al₂O₃上生成的碳纳米管强。通过TEM和XRD方法进一步研究发现:反应过程中,催化剂Co/Al₂O₃中的Co微晶粒度随反应温度升高(从650℃到750℃)而增大(从15.8nm到16.7nm)的速率小于催化剂Co/SiO₂中的Co微晶粒度随反应温度升高而增大(从11.0nm到13.4nm)的速率;相应地,在催化剂Co/Al₂O₃上生成的碳纳米管的(外)直径随反应温度升高而增大的速率(从10～20nm到20～25nm)亦小于在催化剂Co/SiO₂上生成的碳纳米管的(外)直径随反应温度升高而增大的速率(从10～30nm到30～50nm)。     

减压化学气相沉积法制备规则螺旋状纳米碳管

以硅胶负载的Co纳米颗粒为催化剂,在低流量的减压体系中通过化学气相沉积法制备了规则螺旋状的纳米碳管.通过TEM和HRTEM研究了螺旋碳管的形貌、尺度分布以及管身、曲面和节点处的晶型;讨论了催化剂制备中pH值对催化剂的尺寸、规则程度和存在形态以致对螺旋碳管产量、管径厚度以及螺旋管的相对比例的影响;此外,还分析了反应压力对碳管生长的影响.     

单壁纳米碳管的纯化及表征

利用微孔膜及空气氧化法逐步除去电弧放电法制备的单壁纳米碳管(SWCNTs)中的金属催化剂粒子、碳纳米粒子、无定形碳等杂质,并利用热重分析（TGA）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及拉曼（Raman）光谱,对每一步得到的产物进行分析表征.实验证明,该方法对单壁纳米碳管的纯化是比较有效的,可以得到纯度在90％以上的单壁纳米碳管.     

碳纳米管的纯化

目前制备碳纳米管的方法很多，然而这些方法所制得的产物中除碳纳米管外常常还含有无定形碳、碳纳米粒子及催化剂颗粒等杂质，这些杂质的存在直接影响到碳纳米管的性能测试及其应用研究，因此碳纳米管的纯化研究十分必要与重要。而不同制备方法所得碳纳米管的性质以及所引入的杂质都不相同，这就增加了碳纳米管纯化研究的难度。本文结合该领域研究前沿对碳纳米管的纯化机理及方法做了系统的介绍。     

XPS研究单壁碳纳米管(SWNTs)上碳与碘形成的共价键

采用简单的氯胺-T反应制备了碘化的多羟基单壁碳纳米管(SWNTols)，发现碘与SWNTols的碳形成共价键.用同步辐射光电子能谱(SRXPS)和光电子能谱(XPS)测量发现,样品的碘的电子结合能与两个具有C－I共价键的参考物——苯的衍生物，完全一致，而与具有离子性质的NaI的结合能不同.这个结果对单壁碳纳米管今后的生物医学应用研究有实际意义.     

多壁碳纳米管的纯化

用900℃高温氢气处理以及5 mol/L盐酸回流的方法，纯化了一种由甲烷在Ni- Mg-O催化剂上裂解生长的多壁碳纳米管（MWCNTs），考察了不同纯化阶段MWCNTs的 吸水率、比表面积、Ni和Mg残留量以及在不同温度下苯、正己烷、乙醇、丙酮四种 化合物在MWCNTs填充色谱柱上的脱附率的变化，并用透射电镜观察了MWCNTs的形态 。结果表明，高温氢气处理可去除MWCNTs的无定形碳和表面极性基团，使其比表面 积和吸水率减小，同时可打开MWCNTs端口。高温氢气处理后，再用盐酸回流即容易 去除MWCNTs中单用盐酸回流方法无法去除的Ni.经过纯化的MWCNTs的吸水率远小于 活性碳，比Carbopack B稍大，比表面积和Carbopack B相近。苯、正己烷、己醇、 丙酮四种化合物在纯化的MWCNTs填充色谱柱上的脱附率和Carbopack B的相同。经 纯化的MWCNTs的Ni残留量为30 μg/g，Mg残留量低于检测限（10 μg/g）。由于管 腔的存在，纯化的MWCNTs对有机物的保留能力大于Carbopack B。它可以作为气相 色谱固定相和吸附挥发性有机物的吸附剂。     

碳纳米管的纯化──电化学氧化法

用电化学氧化法对碳纳米管进行纯化,从稳态极化曲线出发,对反应的可行性进行了分析,考察了支持电解质、电流密度、时间等因素对反应的影响,确定了最佳实验条件,同时对纯化机理进行了解释.     

单壁碳纳米管氧化过程的银纳米粒子跟踪

基于银与羧基之间的相互作用，利用银纳米粒子跟踪稀硝酸氧化单壁碳纳米管的过程.通过比较银纳米粒子对稀硝酸氧化不同时间所得单壁碳纳米管的跟踪情况，推测了该氧化可能是沿着碳纳米管的缺陷边缘处对其进行缓慢腐蚀的过程.     

Folate‐Conjugated PEG on Single Walled Carbon Nanotubes for Targeting Delivery of Doxorubicin to Cancer Cells

A highly effective drug carrier is constructed by coating folic acid‐terminated poly(ethylene glycol) (PEG‐FA) on single walled carbon nanotubes (SWNTs) in a facile non‐covalent method. The anti‐cancer drug, doxorubicin (DOX), is further loaded on the surface of SWNTs at a very high loading efficiency, 149.3 ± 4.1%. The drug system (DOX/PEG‐FA/SWNTs) exhibits excellent stability under neutral pH conditions such as serum, but dramatically releases DOX at reduced pH typical of the tumour environment and intracellular lysosomes and endosomes. With the help of FA, DOX/PEG‐FA/SWNTs tend to selectively attach onto cancer cells and enter the lysosomes or endosomes by clathrin‐mediated endocytosis. This can greatly improve the pharmaceutical efficiency and reduce potential side effects.

     

催化剂活性组分及温度对化学气相沉积法制备碳纳米管的影响

通过XRD、DTA和TEM方法 ,研究了不同温度下催化剂活性组分Co和Ni对化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的影响。结果表明 ,在最佳反应温度 ( 65 0℃ )下 ,碳纳米管在催化剂Co Al2 O3 上的产率为 45 7g 1 0 0g·cat,高于在Ni Al2 O3 上的产率 3 42g 1 0 0g·cat。XRD分析表明 ,相对于催化剂Co Al2 O3 ,在Ni Al2 O3 上制备的碳纳米管石墨化程度更高。当合成温度从 65 0℃增加到 75 0℃时 ,在催化剂Co Al2 O3 和Ni Al2 O3 上生成的多壁碳纳米管的 ( 0 0 2 )晶面的层间距分别从 3 45 和 3 42 减小到 3 3 9 和3 3 7 。进一步分析发现 ,在焙烧或催化反应过程中 ,Co、Ni与γ Al2 O3 之间存在相互作用且生成了新相物质 ,其衍射峰分别为 2θ=5 1 5 6°和 2θ=5 1 97°     

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.     

CVD法不同条件下制备的多壁碳纳米管的Fenton氧化改性

碳纳米管经焙烧和稀硝酸纯化处理后,在相同的实验条件下,采用Fenton试剂产生的·OH分别对CVD法合成的两种制备条件不同的多壁碳纳米管进行氧化改性处理。红外光谱(FT IR)表明,改性后的两种碳管结构中都引入了羟基、羰基和羧基等含氧官能团。此外,由于制备条件不同,导致它们的石墨化程度、缺陷含量和抗氧化能力等性质也不同,因此CVD法制备条件能够对碳管Fenton氧化改性结果产生重要影响。机理分析表明,这些含氧官能团可以看作是具有强亲电性和强氧化性的·OH对碳管上缺陷位置和不饱和键进行攻击的结果。     

An Investigation of the Plasma Composition in Plasma-enhanced Hot Filament Catalytic Chemical Vapor Deposition of Carbon Nanotubes

A mixture of acetylene, hydrogen and ammonia (C₂H₂/H₂/NH₃) is used to produce carbon nanotubes (CNTs) by a plasma-enhanced catalytic chemical vapor deposition process either without (PE CCVD) or with hot filaments-assistance (PE HF CCVD). A mathematical model based on Chemkin^™ computer package is used for analyzing specific conditions of nanotube synthesis. Simulations are compared with optical emission spectroscopy (OES) measurements. Morphological and structural investigations on the grown carbon nanostructures are also performed using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). It was shown that the significant change in the density and the morphology of the CNTs grown in the presence of NH₃ could be mainly explained by the gas phase formation of CN and HCN. Both species display a high etching activity, whereas the species C, CH, CH₂, CH₂(S), C₂ and C₂H are expected to be the most probable carbon nanotube precursors.