[發明專利]一種水熱法制備碳納米管或棒的方法

有效

• 申請號: 200810052609.8
• 申請日: 2008-04-03
• 公開（公告）號: CN101254913A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 秦學;單忠強;原淵;袁亞華;蔣朋
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B3/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及一種碳納米管或棒的合成方法，特別是涉及一種水熱法制備碳納米管或棒的方法。

背景技術

自1991年Iijima發現碳納米管以來[1]，就因其獨特的結構和潛在的優越性能，決定了它無論在物理、化學還是材料科學領域都將有重大的發展前景。

碳納米管是由類似石墨的六邊形網格所組成的管狀物，管子一般可由一層或多層組成，直徑在幾納米到幾十納米之間，長度可達數微米，它的層片間距為0.34nm，比石墨的層片間距(0.335nm)稍大。碳納米管具有優異的場發射性能等特性。碳納米管的尖端具有納米尺度的曲率半徑，在相對較低的電壓下就能夠發射大量的電子，而且還具有極好的化學穩定性和機械強度，是一種優良的場致發射材料，可用于制作平面顯示裝置。利用碳納米管取代活性炭作為超級電容器的電極材料，可取得高的比電容。同時碳納米管具有超強的抗拉強度和韌性等等力學性能，優良的導體和半導體特性，高的比表面積，強的吸附性能在吸波功能材料、復合材料、場致發射器件、微型器件等方面具有廣泛的應用前景。

目前制備碳納米管的方法主要為三種[2，3，4]：石墨電弧法，催化熱解法(又稱CVD法)，激光燒蝕法。電弧法是利用石墨電極放電，使固體碳源蒸發并進行結構重排獲得碳納米管的方法。電弧法在制備碳納米管的過程中通過改變電弧放電條件(電極間電壓，電流)、催化劑、電極相對尺寸、極間距以及原料配比等方法來制備碳納米管。電弧法得到的碳納米管直，但電弧放電過程難以控制，制備成本高，其規模生產還需進一步探索。激光燒蝕法是以強激光束照射含有金屬催化劑的石墨靶，利用高能量的激光在石墨表面產生高溫，使碳原子蒸發并產生結構重構，獲得碳納米管的方法。得到的碳納米管雜質較少，易于提純，但需要復雜昂貴的設備，能耗大、產量小，限制了它的廣泛應用。CVD法以納米尺度的金屬或其合金、化合物作催化劑，在相對低的溫度下熱解含碳的氣體制備碳納米管的方法。設備和工藝較簡單，可大規模生產，但制出的碳納米管相互纏繞且缺陷較多。

水熱合成無機納米材料具有反應條件溫和，操作簡便等優點，現在已經被廣泛使用在納米氧化物，硫化物的合成。文獻[5]報道了用葡萄糖作為原料在水熱合成條件下合成碳微球的方法。文獻[6]報道報道了在水熱合成條件下以蔗糖為碳源合成碳微球的方法。但是到目前為止，以葡萄糖或者蔗糖為原料，利用水熱反應合成碳納米管或棒的文獻和專利還未見公開報道。

主要參考文獻：

[1]S.Iijima，Nature，1991，354：56-58.

[2]X?Sun，WR?Bao，YK?Lv?et?al，Materials?Letters，2007，61(18)：3956-3958.

[3]G.Gulino，R.Vieira，J.Amadouet?al，Applied?Catalysis?A：General，2005.279(1-2)：89-97.

[4]N.Braidy，M.A.El?Khakani，G..A.Botton，Carbon，2002，40(15)：2835-2842.

[5]X.M.Sun，Y.D.Li，Angew?Chem?Int?Ed，2004，43(5)：597-601.

[6]Q.Wang，H.Li，L.Q.Chen?et?al.Carbon，2001，39：2211-2214.

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種水熱法制備碳納米管或棒的方法。

本發明的技術方案概述如下：

一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，包括如下步驟：

(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在2～10mol/L的不揮發酸水溶液中，制成質量百分濃度為1％-60％的溶液，充分攪拌；

(2)將步驟(1)制成的溶液轉移到水熱反應釜中，100～240℃進行水熱反應2-24小時，自然冷卻至室溫，經分離，洗滌和干燥后得到碳納米管或棒。

所述蔗糖或葡萄糖的不揮發性酸水溶液的質量百分濃度為5％-40％。

所述不揮發性酸為硫酸或磷酸或任意摩爾比的硫酸和磷酸混合溶液。

本發明的一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，以蔗糖或者葡萄糖作為碳源，在硫酸或者磷酸的酸性溶液中，首次采用水熱法制備出碳納米管或棒。本發明的方法具有反應條件溫和，工藝簡單的特點，制備的碳納米管不纏繞，非常直，分散性好且具有良好的重現性。本發明的碳納米管或棒作為化學反應原料，催化劑載體，電化學儲能，微電子學方面具有廣泛應用前景。

附圖說明

圖1是本發明的方法制備的碳納米管的TEM圖；