[發(fā)明專利]一種高純雙壁碳納米管的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110264537.9
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113148982B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮超;陳名海;徐樂樂;黃海露
• 申請（專利權(quán)）人: 江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;B82Y40/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明屬于碳納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純雙壁碳納米管的制備方法，該方法通過調(diào)控層狀多金屬氫氧化物中活性金屬與稀土金屬的組分及密度分布可有效控制所生成碳納米管主要為雙壁，通過氫氟酸活化殘留催化劑中的兩性金屬氧化物，再用氫氧化鈉完全除去兩性金屬氧化物，濃鹽酸除去活性金屬及其他殘留的金屬氧化物，最終制得高純、高石墨化程度的雙壁碳納米管。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備出直徑為2～4nm的高品質(zhì)雙壁碳納米管，其純度高于93％，拉曼G/D峰值比高于10。制備流程簡便易行，原材料成本低廉，對于高品質(zhì)雙壁碳納米管的基礎(chǔ)研究及中試生產(chǎn)均具有推進(jìn)意義。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于碳納米材料制備工藝以及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純雙壁碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)：

碳納米管于1991年被日本學(xué)者飯島澄男發(fā)現(xiàn)，在透射電鏡下他發(fā)現(xiàn)碳納米管呈現(xiàn)中空管狀結(jié)構(gòu)，管徑為納米尺度，長度通常在微米以上，是一種典型的一維納米材料，隨即碳納米管受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。碳納米管可以看作是石墨卷曲而成的無縫管結(jié)構(gòu)，按照卷曲石墨層的層數(shù)區(qū)分，碳納米管可以分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳納米管具備極高的比表面積，極易通過管與管形成單壁碳納米管束來湮滅比表面積，從而降低表面能而穩(wěn)定存在，這使其在實(shí)際應(yīng)用中面臨難分散、易被打斷破壞而大幅降低了其單分散性及導(dǎo)電性。而雙壁與多壁碳納米管因其層與層間的范德華力，相對易于分散而游離存在。單壁與雙壁碳納米管的石墨化程度通常高于多壁碳納米管一到兩個(gè)數(shù)量級，故而擁有更好的導(dǎo)電性。綜上，易分散游離性的雙壁碳納米管在實(shí)際應(yīng)用上具備更明顯的導(dǎo)電優(yōu)勢。

層狀多金屬氫氧化物為類水滑石結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的鎂鋁水滑石片層中引入活性金屬鐵、鈷、鎳，可以被用來生長碳納米材料?；钚越饘倬鶆蚍植荚谒Ц裰?，使其具備高溫?zé)岱€(wěn)定性。當(dāng)層狀多金屬氫氧化物在高溫下還原時(shí)會(huì)形成活性金屬納米顆粒，其粒徑可以通過調(diào)控活性金屬分布密度進(jìn)行控制，這些活性金屬納米顆粒與水滑石片層基體的強(qiáng)相互作用會(huì)通過阻止其奧氏熟化作用而抑制燒結(jié)。層狀多金屬氫氧化物作為催化劑生長碳納米管時(shí)，可有效提高催化劑中活性位點(diǎn)與碳源氣體的接觸面，有利于提高所生長碳納米管的石墨化程度。另一方面，通過調(diào)控片層晶格中活性金屬的分布密度，亦可對碳納米管的壁數(shù)進(jìn)行選擇調(diào)控。采用類水滑石催化劑通常在較低溫度所生長的碳納米管呈現(xiàn)多壁，產(chǎn)量雖高但缺陷嚴(yán)重，段雪等(專利公開號：CN1718278)采用雙金屬氫氧化物催化劑合成出直徑介于20-50nm的多壁碳納米管。而當(dāng)溫度升高至800℃以后，雖然碳納米管的產(chǎn)率降低，但其形貌會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱伪?、雙壁以及少壁碳納米管，其石墨化程度與導(dǎo)電性均大幅增加。魏飛等(專利公開號：CN101665248B)采用雙金屬氫氧化物催化劑制備出高質(zhì)量的單雙壁碳納米管。但由于溫度升高，催化劑失活較快導(dǎo)致產(chǎn)率大幅降低，反應(yīng)后雙金屬氫氧化物基體片層在掃描電鏡下明顯可見，專利中并未給出行之有效的純化方法。故本專利首先采用層狀多金屬氫氧化物催化劑制備出高品質(zhì)雙壁碳納米管，然后采用氫氟酸溶液、氫氧化鈉溶液、濃鹽酸浸洗層狀多金屬氫氧化物催化劑片層基體中殘留的氧化鎂、氧化鋁以及活性金屬顆粒。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明公開了一種高純雙壁碳納米管的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述以及其他潛在問題中任一問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種高純雙壁碳納米管的制備方法，所述制備方法以層狀多金屬氫氧化物為催化劑，通過化學(xué)氣相沉積制備出雙壁碳納米管，然后依次采用溶劑浸洗除去殘存的催化劑，制得高純高石墨化程度的雙壁碳納米管。

進(jìn)一步，所述具體包括以下步驟：

S1)制備層狀多金屬氫氧化物催化劑，將制得的層狀多金屬氫氧化物催化劑干燥并充分研磨成粉體，置于容器中；

S2)將裝有層狀多金屬氫氧化物催化劑粉體的容器置于水平管式爐中，排空后一定流量持續(xù)通入惰性保護(hù)，以一定的升溫速率進(jìn)行加熱，加熱至反應(yīng)溫度后以一定流量通入含碳?xì)怏w進(jìn)行反應(yīng)，冷卻降溫并收集樣品，得到雙壁碳納米管粗品；