[發(fā)明專利]生長(zhǎng)超高比表面積少壁碳納米管的催化劑及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210189995.5
• 申請(qǐng)日: 2022-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114570380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李衛(wèi)力;張新杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 諾瑞（深圳）新技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/887
• 分類號(hào): B01J23/887;B01J35/10;C01B32/162
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 劉燚

本發(fā)明公開(kāi)了生長(zhǎng)超高比表面積少壁碳納米管的催化劑及其應(yīng)用，本申請(qǐng)?zhí)峁┰撎技{米管生長(zhǎng)催化劑的制備方法，包括以下步驟：將活性金屬前驅(qū)體、非活性金屬前驅(qū)體以及載體前驅(qū)體配制成前驅(qū)體溶液；將沉淀劑和羧酸聚合物配制成沉淀劑溶液；將前驅(qū)體溶液和沉淀劑溶液混合，發(fā)生沉淀反應(yīng)，收集沉淀得到碳納米管生長(zhǎng)催化劑。本方案將中活性金屬前驅(qū)體和非活性金屬前驅(qū)體在與羧酸聚合物接觸的瞬間實(shí)現(xiàn)快速絡(luò)合并在沉淀劑的作用下快速沉淀，從而形成小尺寸、均勻的分散狀態(tài)，使得最終的催化劑具有更小的尺寸、更均勻的分布和更高的穩(wěn)定性，從而可以催化碳源沉積形成具有更高比表面積的少壁碳納米管。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及碳納米管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及生長(zhǎng)超高比表面積少壁碳納米管的催化劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳納米管(CNT)是一種中空管狀結(jié)構(gòu)的一維納米碳材料，由六角晶格排列的碳原子構(gòu)成，直徑大約1到100nm，具有較高的長(zhǎng)徑比。理論上，碳納米管具有超強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度、卓越的導(dǎo)熱性能、優(yōu)異的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性。由于其出色的物理、化學(xué)性能，CNT在復(fù)合材料、新能源、航空航天、生物技術(shù)、電子和半導(dǎo)體等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，并且得到了廣泛和深入的研究。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，CNT已經(jīng)在導(dǎo)電塑料和電池導(dǎo)電添加劑方面實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用。

CNT的合成方法主要有電弧放電法、激光蒸發(fā)法和化學(xué)氣相沉積法。其中電弧放電法和激光蒸發(fā)法由于成本和設(shè)備的限制不適于CNT的大量生產(chǎn)，相比之下，化學(xué)氣相沉積法就成為大噸位碳納米管生產(chǎn)的主要工藝，化學(xué)氣相沉積法的過(guò)程具體如下：有機(jī)小分子(比如乙烯、丙烯、乙醇等)在高溫條件下，由過(guò)渡金屬催化劑催化，裂解沉積出固態(tài)的碳納米管和氫氣等。

根據(jù)管壁數(shù)，CNT可以分為三種類型：具有大約1nm直徑的單壁CNT；具有大約1.4～3nm直徑的雙壁CNT；以及具有大約5～100nm直徑的多壁CNT。在多壁CNT合成過(guò)程中，目前面臨的問(wèn)題在于，隨著多壁碳納米管壁數(shù)的增加，無(wú)序石墨的比例也隨之增加，導(dǎo)致多壁碳納米管的品質(zhì)降低。為此，工業(yè)界一直在努力減少多壁CNT的壁數(shù)，提高其比表面積。因而少壁CNT越來(lái)越受工業(yè)界青睞，目前市場(chǎng)上高比表面積的少壁碳納米管產(chǎn)品的缺口也較大。其原因在于，少壁CNT對(duì)催化劑的要求更高，從化學(xué)氣相沉積的制備過(guò)程來(lái)看，催化劑對(duì)于CNT的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)調(diào)控具有重要影響，因此，有必要提供一種能夠生長(zhǎng)超高比表面積少壁碳納米管的催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N生長(zhǎng)超高比表面積少壁碳納米管的催化劑及其應(yīng)用。

本申請(qǐng)的第一方面，提供一種碳納米管生長(zhǎng)催化劑的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

將活性金屬前驅(qū)體、非活性金屬前驅(qū)體以及載體前驅(qū)體配制成前驅(qū)體溶液；

將前驅(qū)體溶液與沉淀劑和羧酸聚合物同時(shí)接觸，發(fā)生沉淀反應(yīng)，收集沉淀得到碳納米管生長(zhǎng)催化劑；

其中，活性金屬前驅(qū)體的活性金屬元素選自Fe、Co、Ni中的至少一種；

非活性金屬前驅(qū)體的非活性金屬元素選自Mo、V、W、Cr中的至少一種；

載體前驅(qū)體的載體元素選自Al、Mg中的至少一種。

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的制備方法，至少具有如下有益效果：

本方案將用于絡(luò)合的羧酸聚合物與金屬前驅(qū)體分開(kāi)，在混合的同時(shí)發(fā)生并流瞬時(shí)共沉淀，即，活性金屬前驅(qū)體和非活性金屬前驅(qū)體在與羧酸聚合物接觸的瞬間實(shí)現(xiàn)快速絡(luò)合并在沉淀劑的作用下快速沉淀，從而形成小尺寸、均勻的分散狀態(tài)，使得最終的催化劑具有更小的尺寸、更均勻的分布和更高的穩(wěn)定性，從而可以催化碳源沉積形成具有更高比表面積的少壁碳納米管。