碳納米管的制備方法

日期：2025-12-11 08:00

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摘要：制備碳納米管的過(guò)程中如果不使用催化劑，產(chǎn)物就只有無(wú)定形碳，只有加入催化劑后生成物才含有大量的單、多壁碳納米管。常見(jiàn)的催化劑種類(lèi)主要是金屬單質(zhì)和化合物。過(guò)渡金屬Fe、Co、Ni、Mo等。碳在催化劑中的溶解度決定了催化劑的催化性能，溶解度越大催化性能越強(qiáng)。如果用CO做為碳源的話，CO可以在鐵或者鎳或者是鈷上發(fā)生解離式吸附，生成C，從而才能成為碳管。如果是其它的金屬，CO多數(shù)發(fā)生線式吸附，無(wú)法解離生成C，自然也無(wú)法長(zhǎng)成碳材料。

碳納米管制備的催化劑

制備碳納米管的過(guò)程中如果不使用催化劑，產(chǎn)物就只有無(wú)定形碳，只有加入催化劑后生成物才含有大量的單、多壁碳納米管。
常見(jiàn)的催化劑種類(lèi)主要是金屬單質(zhì)和化合物。
過(guò)渡金屬Fe、Co、Ni、Mo等
碳在催化劑中的溶解度決定了催化劑的催化性能，溶解度越大催化性能越強(qiáng)。
如果用CO做為碳源的話，CO可以在鐵或者鎳或者是鈷上發(fā)生解離式吸附，生成C，從而才能成為碳管。如果是其它的金屬，CO多數(shù)發(fā)生線式吸附，無(wú)法解離生成C，自然也無(wú)法長(zhǎng)成碳材料。

電弧放電法
此法是以含有催化劑的石墨棒作為陽(yáng)極，純石墨棒作為陰極，在充有一定惰性氣體、氫氣或其他氣體的低壓電弧室內(nèi)，通過(guò)電極間產(chǎn)生3000℃以上的連續(xù)電弧，使石墨與催化劑完全氣化蒸發(fā)生成碳納米管。

化學(xué)氣象沉積法
此法是在一定溫度下，在催化劑的作用下裂解含碳?xì)怏w或液體碳源，從而生成碳納米管，故此法又稱(chēng)催化裂解法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是石墨化程度不高，雜質(zhì)多。催化劑一般為過(guò)渡金屬，碳源可以是甲烷、CO、乙烯等含碳?xì)怏w，也可是苯、甲苯等液體。

化學(xué)氣相沉積發(fā)制備CNT的裝置簡(jiǎn)圖

激光蒸發(fā)法
將摻雜Fe、Co、Ni等過(guò)渡金屬的石墨靶材，在反應(yīng)溫度1200℃下，在惰性氣體（He）保護(hù)下用激光轟擊靶材表面制備碳納米管。此法優(yōu)點(diǎn)是制備的碳納米管純度高，易于連續(xù)生產(chǎn)，但能耗高、實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、制備成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
將一根金屬催化劑、石墨混合的石墨靶放置于一長(zhǎng)方形石英管中間，該管則置于一加熱爐內(nèi)。當(dāng)爐溫升至1200℃時(shí)將惰性氣體充入管內(nèi)，并將一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下生產(chǎn)氣態(tài)碳，氣態(tài)碳和催化劑離子被氣流從高溫區(qū)帶到低溫區(qū)，在催化劑作用下生長(zhǎng)成單壁納米管。

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