[發明專利]用于生產碳納米管的催化劑以及使用該催化劑生產的碳納米管

有效

• 申請號: 201480003906.7
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104884384B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 金成真;曹東鉉;姜京延;孫承用;車振名;張炯植;李丞鏞;禹知希
• 申請（專利權）人: LG化學株式會社
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;B01J37/08;B01J21/04;B01J21/18
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司11225
• 代理人: 朱梅,徐琳

技術領域

本發明涉及一種用于生產碳納米管的催化劑，并且更具體地，涉及一種用于生產具有大比表面積的碳納米管的催化劑以及使用該催化劑生產的碳納米管。

背景技術

碳納米結構(CNS)共同指具有各種形狀的納米尺寸的碳結構，如，納米管、納米絨毛、富勒烯、納米錐、納米角和納米棒。由于碳納米結構具有優異的特性，因此它們能夠廣泛用于各種技術應用。

特別地，碳納米管(CNT)是由六角晶格排列的碳原子組成的管狀材料，并且具有大約1至100nm的直徑。CNT依據它們的固有手性顯示出絕緣性、導電性或半導電性能。CNT具有碳原子彼此牢固共價結合的結構。由于該結構，CNT具有的拉伸強度大約是鋼的100倍，是高度撓性和彈性的，并且是化學穩定的。

CNT被分為三種類型：由單層片組成且具有大約1nm直徑的單壁CNT(SWCNT)；由兩層片組成且具有大約1.4至大約3nm直徑的雙壁CNT(DWCNT)；以及由三層以上的片組成且具有大約5至大約100nm直徑的多壁CNT(MWCNT)。

由于CNT的高的化學穩定性、撓性和彈性，人們正在研究它們在各種工業領域(例如，航空航天、燃料電池、復合材料、生物技術、制藥、電力/電子和半導體工業)中的商業化和應用。但是，CNT由于它的一級結構，在將直徑和長度直接控制至用于實際使用的工業適用的尺寸方面具有局限。因此，盡管CNT具有優異的物理性能，仍限制了CNT的工業應用和使用。

CNT通常通過各種技術(如電弧放電、激光消融和化學氣相沉積)來生產。但是，電弧放電和激光消融不適合于CNT的大量生產并且需要高電弧生產成本或昂貴的激光設備。使用氣相分散的催化劑的化學氣相沉積具有合成速率極低和最終CNT顆粒的尺寸過小的問題。使用基底負載型催化劑的化學氣相沉積在反應器空間的利用上效率極低，因此不適合于CNT的大量生產。因此，目前正在進行用于化學氣相沉積的催化劑和反應條件的研究以增加CNT的產率。

也存在對具有小直徑并且在與聚合物混合期間能夠容易地分散在聚合物中并與聚合物混合來制造具有改善的物理性能的復合材料的CNT的需要。

發明內容

技術問題

本發明的一個目的是提供一種用于高產率地生產束狀CNT的催化劑，所述束狀CNT具有小直徑和大比表面積，并且在與聚合物混合期間容易分散在聚合物中并與聚合物可混。

本發明的另外的目的是提供一種使用所述催化劑生產的CNT聚集體。

本發明的又一個目的是提供一種含有所述CNT聚集體的導電聚合物復合材料。

技術方案

本發明的一個方面提供一種用于生產碳納米管的催化劑，其包括載體和在所述載體上負載的石墨化金屬催化劑，并且在10°至80°的2θ范圍內記錄的XRD圖譜中的35～38°的2θ角處具有最大衍射峰，其中，當最大衍射峰的強度和在17～22°的2θ角處的衍射峰的強度分別定義為“a”和“b”時，b/a的比值至少為0.08。

所述催化劑的XRD圖譜在30～33°、43～46°、57～60°和63～67°的2θ范圍內可進一步具有一個或多個衍射峰。

所述催化劑可具有3至50nm的晶體尺寸。

所述催化劑可以是通過以下方法獲得的負載型催化劑：在100℃至500℃的初次煅燒溫度下煅燒氫氧化鋁來形成載體，在所述載體上負載催化金屬前體，并且在100℃至800℃的二次煅燒溫度下煅燒在所述載體上負載的所述催化金屬前體。

可以通過分選調整所述催化劑以具有30至150μm的粒度和40至80μm的數均粒子直徑。

所述石墨化金屬催化劑可選自鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉑(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、銠(Rh)、硅(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈾(U)、釩(V)、鋯(Zr)及其合金。

所述石墨化金屬催化劑可以是包含主催化劑和輔催化劑的二組分或多組分金屬催化劑。

所述主催化劑可選自Co、Fe和它們的混合物，并且所述輔催化劑可選自Mo、V和它們的混合物。

所述石墨化金屬催化劑可以是選自Co/Mo、Co/V、Fe/Mo和Fe/V的二組分金屬催化劑。

基于10摩爾的主催化劑，所述石墨化金屬催化劑可包含0.5-5摩爾的輔催化劑。

基于100重量份的催化劑，可以5至40重量份的量負載所述石墨化催化劑。