稀土元素修饰催化剂对碳纳米管生长的影响

在催化裂解乙烯生长碳纳米管时，在将稀土元素加入过渡金属催化剂可使合成碳纳米管的温度降至560℃，在稀土元素影响温区（＜600℃），内，碳纳米管的产率可提高约250％，合成的碳纳米管直径随温度变化的测试表明，在反应温度为560℃时直径最小，约为10nm以下，且非晶碳颗粒最少。     

催化剂厚度对碳纳米管直径的影响

由于碳纳米管具有独特的结构和性能，因而自从被发现以来一直受到人们的关注。近年来，已利用各种方法成功地合成出碳纳米管，特别是利用化学气相沉积方法制备高度准直的碳纳米管。分析了该方法中催化剂厚度对碳纳米管直径的影响，利用负衬底偏压热灯丝CVD系统和不同厚度的NiFe催化剂在Si衬底上直接生长，并用扫描电子显微镜来研究碳纳米管的生长过程。结果表明催化剂颗粒封闭了碳纳米管的顶端，催化剂厚度对碳纳米管的直径有较大的影响，碳纳米管的平均直径随催化剂厚度的增大而增大。     

催化剂对乙醇火焰燃烧制备碳纳米管的影响

采用乙醇火焰燃烧,通过在镍基板上涂敷催化剂前驱体制备碳纳米管。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、XRD和拉曼光谱等分析了不同催化剂对碳纳米管形貌及结构的影响。结果表明:在乙醇火焰中,对碳纳米管生成起催化作用的是金属氧化物纳米粒子,其催化活性的顺序为:氧化镍>氧化铬>氧化钼>氧化钴。催化剂不仅影响碳纳米管的生长速率,而且碳纳米管的直径和管壁的石墨结晶状态也随催化剂的不同而不同。     

碳纳米管催化剂载体的研究进展

碳纳米管因具有可调节的纳米中空管状结构、较高的比表面积、机械强度和热稳定性以及优异的导热、导电性等特点,被作为催化剂载体,应用于新型催化剂的合成.文章综述了碳纳米管的结构、独特性能及应用的研究状况,并对其应用前景进行了展望.     

铁基多元催化剂组分对V型火焰法生长碳纳米管的影响

为了实现火焰法批量制备碳纳米管,采用自行研发的V型火焰燃烧器,深入研究催化剂组分对碳纳米管的影响,并开发新型催化剂。利用扫描电镜、能谱仪和拉曼光谱仪分析不同催化剂所得产物的形态、质量和结晶度;通过分析程序升温还原曲线和X射线光电子能谱,研究不同催化剂活性组分及助催化组分对催化剂性质的影响。结果表明:通过选择活性组分和配合组分,能够控制碳纳米管的形态和质量,开发了能够生长高密度簇状碳纳米管的三元催化剂;本实验条件下,铁作为活性组分要优于镍,少量的镍以游离态NiO存在,激活催化剂催化活性;铬不适合作为活性组分,在催化剂中起到分散剂的作用,使活性组分分散,促进簇状碳纳米管的形成;Fe~(2+)/Fe~(3+)的比例影响催化剂催化活性,Fe~(2+)/Fe~(3+)比例减小能够提高催化剂的还原性及催化活性。可见,通过深入研究不同组分的作用,进而研制新型催化剂,能够改善V型火焰法生长碳纳米管的形态及产量,为批量生产特定形态的碳纳米管提供低成本、简单易操作的有效方法。     

以Er/Ni为催化剂合成碳纳米管及其生长机制以Er/Ni为催化剂合成碳纳米管及其生长机制

以Er/Ni为催化剂采用直流电弧放电法合成单壁碳纳米管(SWNTs), 并用扫描电子显微镜、 透射电子显微镜、 拉曼光谱及X射线衍射对电弧放电后 的产物进行表征. 结果表明, 以Er/Ni为催化剂与Y/Ni和Ho/Ni为催化剂合成碳纳米管的直径分布相近, 其直径分布为1.35~1.65 nm, 以1.5 nm为直径的碳纳米管占多数. 对阴极沉积物的X射线衍射分析可知, 稀土元素Er在电弧放电过程中形成稀土碳化物是合成SWNTs产率高的重要因素.      

镍基催化剂上催化裂解甲烷生长碳纳米管

以共沉淀法制备的 Ni-Al、Ni-Cu-Al和 Ni-L a-Al为催化剂 ,甲烷为碳源 ,在 773～ 10 2 3 K制备碳纳米管 ( CNTs) ,并通过 TEM和 XRD表征了 CNTs的部分性质 ,讨论了催化剂、反应时间和反应温度对 CNTs形貌、结构和产率的影响。结果表明 ,不同催化剂在相同温度下制备的 CNTs的形貌和结构有很大差异。Ni-Al催化剂上生长的 CNTs倾向于碳纤维结构。Ni-Cu-Al催化剂上生长的 CNTs具有节状结构。Ni-La-Al催化剂上生长的 CNTs管腔较大、管径较均匀且石墨化程度最高。在 10 2 3 K下 ,各种催化剂的活性都是在反应初期较高 ,然后随反应时间降低。Ni-Al催化剂在 2 h后活性降低很快 ,在 5 h后完全失活。Ni-Cu-Al和 Ni-La-Al催化剂活性随时间降低较缓慢 ,最后分别在 10 h和 15 h后完全失活。各种催化剂上生长的CNTs的产率随反应温度变化而变化。Ni-Al、Ni-Cu-Al和 Ni-La-Al催化剂上制备的 CNTs分别在 92 3 K、973 K和高于 10 2 3K左右达到最高产率     

碳纳米管负载Ni催化剂制备碳纳米管的研究

将硝酸回流预处理过的碳纳米管载体直接浸入镀Ni溶液中,通过化学镀在其表面上沉积出Ni纳米颗粒,并将所制备的Ni/CNTs催化剂用于制备新的高纯度碳纳米管.实验结果表明,碳纳米管载体的酸预处理时间对Ni/CNTs催化剂在碳纳米管制备过程中的催化性能有很大的影响,从而影响所制备的碳纳米管的形态.当碳纳米管载体在稀硝酸中回流预处理0.5 h后,所对应的Ni/CNTs催化剂催化制备的碳纳米管存在严重的缺陷,其主要结构为竹节状和鱼骨型,同时部分碳纳米管在生长过程中分叉,成Y形结构;当碳纳米管载体经稀硝酸回流预处理6 h后,其对应的Ni/CNTs催化剂催化生长的碳纳米管粉体中,碳纳米管的形态均匀,中空,无任何隔膜,因此碳纳米管载体较长时间的酸回流预处理对催化剂的性能有明显的改善.而且相比纯的纳米Ni,Co以及Ni/SiQ2催化剂,Ni/CNTs催化剂在碳纳米管的制备过程中,具有更高的催化活性.     

催化剂、基底对ECR-CVD法制备碳纳米管的影响

采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR CVD),CH4和H2为气源,分别以Fe3O4,Co纳米粒子及Fe(NO)3溶胶为催化剂在多孔硅基底上制备了碳纳米管;在Si(111)和石英基底上以Fe3O4纳米粒子为催化剂实现了碳纳米管的生长·使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌、尺寸及结构进行表征·讨论了催化剂和基底对碳纳米管形貌、密度和取向性的影响·结果表明:催化剂影响碳纳米管的成核密度和生长速度,基底通过影响催化剂的特性和分布均匀性,对碳纳米管的形貌和生长模式产生重要影响,以Fe3O4为催化剂在多孔硅上实现了碳纳米管的最优定向生长·     

碳纳米管的合成与制备

金属纳米颗粒和碳纳米管是两种重要的纳米材料,要实现碳纳米管的大批量制备,必须首先解决催化剂连续投放问题和催化剂与产物及时导出的问题.通过特殊的反应装置和工艺可以实现碳纳米管的连续制备,从而达到低成本大批量制备碳纳米管的目的.本文采用一个简单的方法合成了铁钴(Fe/Co)纳米颗粒,并采用化学气相沉积法实现了碳纳米管的批量合成,纳米颗粒的尺寸分布均匀,碳纳米管管径均匀、高纯度、结构完美.合成的碳纳米管机械强度高,同时还有独特的金属或半导体导电性.     

Different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes

In this work, different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes （SWNTs） are studied. SWNTs were produced by floating catalytic chemical vapor deposition using CH4 as carbon source gas and Ar as carrier gas. Then the SWNTs were deposited on lithography-patterned different substrates. The as-grown SWNTs at the boundaries between SiO2 and metal were characterized by scanning electron microscopy, atomic force spectroscopy and Raman spectroscopy. It is found that SWNTs deposited on low-conductivity substrates trend to have curved morphologies and some of them form rings, while SWNTs deposited on metal sub- strates remain straight and orientated. The mechanism of these effects was also discussed, which is closely related to the thermal conductivities and the principle of energy dissipation.     

催化剂的合成方法及配比对CVD法制备碳纳米管的影响

用离子注入法、简单混合法和水热晶化法分别制备了片状负载型系列、粉状混合型系列及粉状负载型系列催化剂.用3种系列催化剂通过CVD法分别制备了碳纳米管粗产物,用TEM和SEM检测手段对粗产物形貌进行了观察.结果表明,片状负载型催化剂:当Fe(Ⅱ)离子注入能量为25 keV、剂量为1×1016cm-2时其催化活性较高,制得的碳纳米管含量较多,管径均匀(约20 nm),但粗产物数量少;粉状混合型催化剂(Co/石墨):当纳米Co粉比例为15%时具有一定的催化活性,CVD法制备碳管有少量管径不一的碳管生成;水热法合成的粉状负载型催化剂(NiO/SiO2)分散性好、催化活性高,当硅-镍比为1:12时制备的碳纳米管含量高,管径细而均匀(10～16 nm),并且粗产物数量较多.     

硫对浮动催化法制备碳纳米管的影响

为了解浮动催化裂解工艺制备碳纳米管中硫元素对产物形态的影响规律 ,采用透射电子显微镜 (TEM)对产物进行了观察分析 ,结果表明过高或过低的硫含量都不能得到理想的碳纳米管。对碳管端部的催化剂颗粒进行了成分分析 ,并通过热力学和动力学分析 ,认为硫元素不是通过液化铁颗粒起催化活化的作用 ,而是由于硫原子吸附在铁颗粒的表面 ,部分地覆盖了铁颗粒 ,使碳氢分子的吸附和碳纳米管的析出能够连续地进行 ,从而起到催化活化的作用     

Preparation of double-walled carbon nanotubes

Double-walled carbon nanotubes were prepared using the floating chemical vapor deposition with methane as carbon source and adding small amount of sulfur into the ferrocene catalyst. The optimized technological parameters are: the reaction temperature is 1200℃; the catalyst vapor temperature is 80℃; the flow rate of argon is 2000 SCCM; the flow rate of methane is 5 SCCM. The purified DWNTs under these optimized technological parameters have high purity above 90 wt%.     

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续、低成本地生产     

原位生长碳纳米管增强SiCf/SiC复合材料的力学性能简

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料（SiCf/SiC）是航空航天和聚变能源等高技术领域理想的高温结构材料,改善纤维与基体的界面结合是提高其力学性能的关键。本文采用化学气相沉积法在纤维表面原位生长碳纳米管,以达到改善纤维与基体的结合同时对复合材料进行二次增强的目的。结果表明,采用碳纳米管增强的SiCf/SiC复合材料的力学性能有不同程度的提高,特别是当碳纳米管的体积分数为5．31％时,复合材料的断裂韧性提高106．3％。纤维表面的碳纳米管层与纤维结合较弱,能够促进纤维的拔出,从而促进复合材料断裂韧性的提高;另外,碳纳米管的拔出对复合断裂韧性的提高也有一定的促进作用。     

Synthesis of single-walled carbon nanotubes by the vertical floating catalyst method

The vertical floating catalyst method is first used to produce single-walled carbon nanotubes (SWNTs) continuously on a large scale by a newly developed technique and pyrolysis of n-hexane. Diameter distributions, microstructure and purity of the SWNTs film, rope and web are measured by Raman spectroscopy and electron microscope. The results show that SWNTs product has a high degree of orientation, a wide distribution of diameters (0.7–2.0 nm) and high purity of >80%.