[發明專利]大直徑、窄直徑分布單壁碳納米管的宏量、可控制備方法

有效

• 申請號: 201910621994.1
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110357072B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 侯鵬翔;石超;劉暢;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C01B32/159
• 分類號: C01B32/159;C01B32/16
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及單壁碳納米管的結構控制制備領域，具體為一種大直徑、窄直徑分布單壁碳納米管的宏量、可控制備方法。采用浮動催化劑化學氣相沉積法宏量制備大直徑單壁碳納米管，實現直徑大于2nm、且直徑分布范圍較窄的單壁碳納米管的宏量可控制備；其中，95％以上的碳納米管直徑分布于2.1～2.7nm，87％以上的碳納米管直徑分布于2.1～2.5nm；單壁碳納米管的純度高、雜質少，催化劑殘留量低于4.1wt％；單壁碳納米管的結晶性高，最高抗氧化溫度為809℃。利用液相法紡出的單壁碳納米管纖維具有更高的電導率，為研究單壁碳納米管的納米限域效應、管內填充物質的奇異物理、化學特性提供材料基礎，有望應用于催化、生物、醫藥等領域。

技術領域

本發明涉及單壁碳納米管的結構控制制備領域，具體為一種大直徑、窄直徑分布單壁碳納米管的宏量、可控制備方法。

背景技術

碳納米管具有納米尺度的一維中空管腔，在納米尺度局域空間中，客體分子的排列方式可能完全不同于宏觀表面，可發生很多極限物理化學過程，因此碳納米管也被認為是最小的“化學試管”。從被發現起，碳納米管極大的長徑比以及接近理想的一維納米中空管腔就引起化學家們的濃厚興趣，碳納米管中空管腔被預言可用作納米試管、虹吸管、超級吸附劑、催化劑載體、儲能材料、電極材料等。

目前，科研人員可以在尺度為1至幾十納米的碳納米管管腔內填充各種材料(文獻1：Xianglong Zhao,Feng Li,et al..Advanced Functional Materials.2017.27(9):1605717)。這些填充有納米顆粒的碳納米管復合材料在催化(文獻2：Xiulian Pan，XinheBao.Accounts of Chemical Research.2011.44(8):553–562；文獻3：Serp Philippe,Castillejos Eva.Chemcatchem.2010.2(1):41–47)、電化學儲能(文獻4：Lota Grzegorz,Frackowiak Elzbieta,et al..Chemical Physics Letters.2007.434(1-3):73–77；文獻5：Dangsheng Su,Gabriele Centi.Journal of Energy Chemistry.2013.22(2):151–173)、納電子器件(文獻6：R Hatakeyama.,Y.F.Li.Journal of AppliedPhysics.2007.102(3):034309)、納米醫學(文獻7：Balaji Sitharaman,KyleR.Kissell,etal..Chemical Communications.2005.(31):3915–3917；文獻8：Balaji Sithararnan,LonJ Wilson.International Journal of Nanamedicine.2006.1(3):291–295)等領域展現出優異的性能。而且，研究表明隨著碳納米管直徑的減小，碳納米管的限域效應越明顯。因此，單壁碳納米管是最理想的納米反應器。然而，通常制備的單壁碳納米管的直徑均小于2nm，在其中空管腔內填充材料極其困難。而直徑在2～3nm的大直徑單壁碳納米管既具有限域效應，同時具有大于常規單壁碳納米管的中空管腔，可降低材料填充難度，在作為納米反應器方面具有優勢。

同時，大直徑單壁碳納米管由于擁有更小的帶隙、更高的載流子濃度、管間接觸面積大，可有效降低管間接觸電阻，在構建高導電性單壁碳納米管薄膜和單壁碳納米管纖維方面也更具優勢(文獻9：Jose M Marulanda,Ashok Srivastava.Physica Status SolidiB-basic Solid State Physics.2008.245(11):2558-2562；文獻10：Y Battie,L Broch,etal..Carbon.2015.83：32-39；文獻11：Hongzhang Geng,Ki Kang Kim,et al..Nano.2007.2(3):157-167)。