[發明專利]一種無金屬殘留碳納米管的連續制備方法

無效

• 申請號: 201110460819.2
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102557006A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 徐向菊;黃少銘
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 溫州甌越專利代理有限公司 33211
• 代理人: 王阿寶

技術領域

本發明屬于納米技術領域，具體是涉及碳納米管，特別是指一種無金屬殘留碳納米管的連續制備方法。

背景技術

碳納米管由于其獨特的結構、優良的性能和潛在的應用前景而受到廣泛研究。碳納米管的制備是其性能研究和應用的基礎和前提。為了合成碳納米管，研究人員開發了多種技術，如電弧法、激光蒸發法和化學氣相沉積法等。其中，化學氣相沉積法是最廣泛使用的制備方法。在化學氣相沉積法制備碳納米管過程中，催化劑是必不可少的。Fe、Co、Ni及其合金等金屬催化劑能有效催化生長碳納米管，目前被廣泛用于制備碳納米管[參見Danafara?F.?et?al.?Chem.?Eng.?J.?2009,?155:?37-48;?Zarabadi-Poor?P.?et?al.?Cata.?Today?2010,?150:?100-106]。在金屬催化劑催化生長碳納米管過程中，不可避免地會有金屬顆粒被包覆于碳納米管中。即便使用強酸和強堿純化，也無法去除被碳層包覆的金屬催化劑[參見Pumera?M.?Langmuir?2007,?23:?6453-6458]。

這些殘留在碳納米管內部的金屬顆粒，對碳納米管的化學性能、電、磁性能以及熱穩定性等都產生了不良影響，進而影響了碳納米管本征性能的研究和應用。例如殘留在碳納米管中的金屬催化劑會影響碳納米管的穩定性，增加碳納米管的化學反應性，同時也使碳納米管具有一定的毒性[參見Brukh?R.?et?al.?Chem.?Phys.?Lett.?2008,?459:?149-152;?Nel?A.?et?al.?Science?2006,?311:?622-627;?Smart?S.?K.?et?al.?Carbon?2006,?44:?1034-1047]。

2007年，Takagi等首先采用半導體SiC、Ge和Si作為催化劑成功制備了碳納米管[參見Takagi?D.?et?al.?Nano?Lett.,?2007,?7(8),?2272-2275]。隨后，該研究組開發了不同的非金屬催化劑如金剛石和Al₂O₃等來制備碳納米管[參見Liu?H.?et?al.?Appl.?Phys.?Express,?2008,?1:?014001/1-3;?Takagi?D.?et?al.?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2009,?131:?6922-6923;?Liu?H.?et?al.?J.?Nanosci.?Nanotechnol.,?2010,?10:?4068-4073;?Liu?H.?et?al.?Carbon,?2010,?48:?114-122]。2009年以來，SiO₂、ZrO₂、以及石墨也被發現可催化生長碳納米管[參見Huang?S.?et?al.?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2009,?131(6):?2094-2095;?Liu?B.?et?al.?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2009,?131(6):?2082-2083;?Steiner?III?S.?A.?et?al.?J.?Am.?Chem.?Soc.,?2009,?131:?12144-12154;?Lin?J.?H.?et?al.?Chem.?Mater.,?2011,?23:?1637-1639]。其中，由于與現有的硅技術具備良好的兼容性，采用SiO₂作為催化劑制備碳納米管格外受到關注[參見中國專利，公開號CN102020262A]。采用非金屬催化劑制備的碳納米管中沒有金屬殘留，對碳納米管的本征性能表征和應用研究意義重大。

盡管現有的技術能制備無金屬殘留的碳納米管，但是這些制備方法復雜，產率低，不能進行宏量制備，嚴重限制了基于無金屬殘留碳納米管的基礎研究和應用開發。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種可連續生產、生產效率高的一種無金屬殘留碳納米管的連續制備方法。

????為實現上述目的，本發明的技術方案是于包括以下步驟：

??（1）以倍半硅氧烷為催化劑前驅體，并將其溶于有機溶劑，制備包含倍半硅氧烷的溶液，所述的倍半硅氧烷為含有RSiO_1.5結構的物質，其分子中O?：Si?=1.5：1，R為取代基；

?（2）將溶液中倍半硅氧烷在700-950℃溫度條件下分解為納米級SiO₂，以納米級SiO₂為催化劑，有機溶劑為碳源制備碳納米管。