[發(fā)明專利]氧化鎂負(fù)載的釕催化劑生長(zhǎng)粉體單壁碳納米管的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110890940.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN113578315B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何茂帥;張雪婷;武倩汝;李棟;趙楠;馬辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/46
• 分類號(hào): B01J23/46;B01J21/10;B01J32/00;B01J35/10;B01J37/02;C01B32/162;C01B32/159;H10K85/20
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發(fā)明屬于碳納米管生長(zhǎng)領(lǐng)域，涉及一種氧化鎂負(fù)載的釕催化劑生長(zhǎng)粉體單壁碳納米管的方法，包括：以含釕元素的鹽和氧化鎂為原料采用浸漬法制備了Ru/MgO催化劑；以所述Ru/MgO催化劑為催化劑，采用CVD法合成SWNTs。本發(fā)明通過浸漬法以氧化鎂(MgO)為載體負(fù)載貴金屬釕制備了Ru/MgO催化劑，并以一氧化碳(CO)及甲烷(CH₄)為碳源，氬氣(Ar)作為保護(hù)氣體，在800℃常壓條件下通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法催化裂解碳源氣體制備SWNTs，實(shí)現(xiàn)了在窄直徑分布、窄手性分布的小直徑SWNTs的合成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳納米管生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體涉及以氧化鎂為載體負(fù)載釕金屬催化劑生長(zhǎng)窄直徑單壁碳納米管的方法。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

單壁碳納米管(SWNTs)作為一維碳納米材料，具有長(zhǎng)徑比大、結(jié)構(gòu)缺陷少、端部曲率半徑小等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，表現(xiàn)出奇異的力學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于電子場(chǎng)發(fā)射、微流體裝置薄膜和納米電子器件等各種領(lǐng)域。隨機(jī)生長(zhǎng)的SWNTs手性角分布范圍為0-30°，不同的手性結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其電學(xué)光學(xué)性質(zhì)差異，而結(jié)構(gòu)性質(zhì)的斑駁不均會(huì)大大影響SWNTs在納米電子器件和光電子器件等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，因此研究合適的方法制備結(jié)構(gòu)均一受控的SWNTs大有必要。

目前在制備SWNTs方面研究最多、應(yīng)用最廣的方法是化學(xué)氣相沉積(CVD)法，與另外兩種常用的制備方法——電弧放電法和激光燒蝕法相比，CVD法具有設(shè)備制備工藝較簡(jiǎn)單、成本較低、碳管的生長(zhǎng)可控等顯著優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)為最有希望實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可控SWNTs的大規(guī)模生產(chǎn)的方法。

CVD法合成碳納米管的關(guān)鍵是催化劑的選擇和制備，催化劑的組分、形貌、物化性質(zhì)等都會(huì)不同程度地影響碳納米管的產(chǎn)量、純度、長(zhǎng)度、直徑和手性等參數(shù)，并會(huì)由此影響碳管的電學(xué)光學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用。研究對(duì)特定直徑和手性的SWNTs具有高選擇性的催化劑體系是實(shí)現(xiàn)SWNTs直徑和手性控制的主要途徑。碳管的生長(zhǎng)一般需800℃上下的高溫條件，較低的溫度會(huì)限制碳納米管的產(chǎn)率及純度。但是當(dāng)生長(zhǎng)溫度較高時(shí)，催化劑顆粒易發(fā)生團(tuán)聚，而大尺寸的催化劑顆粒會(huì)導(dǎo)致碳納米管的直徑手性分布變寬。因此，研究高溫下不易團(tuán)聚的催化劑，對(duì)制備窄直徑分布、窄手性分布的小直徑SWNTs至關(guān)重要。

制備SWNTs大多使用負(fù)載型的金屬催化劑。一般對(duì)于單金屬催化劑體系而言，不同的金屬由于其自身獨(dú)特的性質(zhì)，會(huì)催化生長(zhǎng)不同手性結(jié)構(gòu)的SWNTs。目前最廣泛用于生長(zhǎng)SWNTs的催化劑金屬為鐵鈷鎳，因?yàn)檫@三種過渡金屬能非常輕易地吸附碳物種，促進(jìn)碳源分解以及碳管的生長(zhǎng)。在以往的報(bào)道中，關(guān)于貴金屬催化生長(zhǎng)SWNTs的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服催化劑制備過程繁瑣，SWNTs直徑較大、手性分布較寬的問題，本發(fā)明通過浸漬法以氧化鎂(MgO)為載體負(fù)載貴金屬釕制備了Ru/MgO催化劑，并以一氧化碳(CO)及甲烷(CH₄)為碳源，氬氣(Ar)作為保護(hù)氣體，在800℃常壓條件下通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法催化裂解碳源氣體制備SWNTs，實(shí)現(xiàn)了窄直徑分布、窄手性分布的小直徑SWNTs的合成。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種氧化鎂負(fù)載的釕催化劑，包括：

氧化鎂載體；

負(fù)載在氧化鎂載體上的金屬釕。

本專利首次采用氧化鎂負(fù)載的釕催化劑，成功生長(zhǎng)了手性分布較窄的小直徑SWNTs，并達(dá)到了較為可觀的產(chǎn)率。

本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種氧化鎂負(fù)載的釕催化劑的方法，包括：

以含釕元素的鹽和氧化鎂為原料采用浸漬法制備了Ru/MgO催化劑。