[發明專利]一種提高碳鏈產率的方法

有效

• 申請號: 202210917268.6
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115340086B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 石磊;張紀甌;李璇
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 范偉民

本發明屬于碳納米材料技術領域，具體涉及一種提高碳鏈產率的方法。為進一步提高碳鏈產率，本發明首先對單壁碳納米管進行高溫熱處理，使其發生結構轉化延變成為雙壁碳納米管，再將雙壁碳納米管置于含氧環境下進行氧化處理，使其表面制造出缺陷，最后對氧化處理過的碳納米管進行高溫退火處理，從而在雙壁碳納米管中形成碳鏈。本發明在高溫退火合成碳鏈之前，先通過熱處理和氧化處理進行結構轉化和制造缺陷，從而實現了提高碳鏈產率的目的，使碳鏈的產率達到現有技術產率的3?12倍，進而解決了現有碳鏈的合成方法中存在的產率低的缺陷。

技術領域

本發明屬于碳納米材料技術領域，具體涉及一種提高碳鏈產率的方法。

背景技術

碳鏈是一種由碳原子組成的一維材料，具有優異的光學、電學、力學特性。其中，由碳碳一三鍵構成的碳鏈是一種半導體，其帶隙大小可由碳鏈的長度、兩端的化學基團和周圍的環境調控，有望成為制造單原子寬度晶體管的材料。

當前，合成碳鏈的方式主要有兩種，一種為有機合成，另一種為碳納米管內限域合成。后者是利用碳納米管內部的一維空間，在高溫下退火，將碳原子在限域空間內進行線性排列，從而合成碳鏈。但該技術存在碳鏈產率低的問題。為此，有研究通過在碳納米管內填充有機溶劑，有機溶劑在高溫下分解后為碳鏈提供額外的碳源，從而達到提高碳鏈產率的目的。這種方法雖然在一定程度上提高了碳鏈的產率(以丙醛、丙酮等作為填充分子，成功獲得了比起現有技術水平高出接近三倍的長碳鏈產率)，但提高的幅度仍不夠大，且有機溶劑的使用可能會污染環境，因此有必要進一步提高碳鏈的產率。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種提高碳鏈產率的方法，在高溫退火合成碳鏈前，先進行高溫熱處理和氧化處理，從而提高碳鏈的產率，克服了僅僅利用高溫退火合成的碳鏈產率低的缺陷。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明提供了一種提高碳鏈產率的方法，即首先對單壁碳納米管進行高溫熱處理促進結構轉化，再通過氧化處理制造缺陷，最后再進行高溫退火處理。

作為本發明的一個優選實施方式，上述提高碳鏈產率的方法包括以下步驟：

S1、在惰性氣體氣氛或真空中對單壁碳納米管進行高溫熱處理，在其內部形成新的小直徑碳納米管，得到雙壁碳納米管；

S2、在含氧氣氛中對步驟S1的雙壁碳納米管進行氧化處理，使其表面氧化形成缺陷，得到表面具有缺陷的雙壁碳納米管；

S3、在惰性氣體氣氛或真空中對步驟S2的表面具有缺陷的雙壁碳納米管進行高溫退火處理，使其在高溫下重構，從而在其內部合成碳鏈。

優選地，所述單壁碳納米管的直徑為1.3-1.7nm。

優選地，步驟S1中，所述高溫熱處理的溫度為1300-1400℃，時間為1-3h。

優選地，步驟S2中，所述氧化處理的溫度為500-600℃，時間為20-60min。

優選地，步驟S3中，所述高溫退火處理的溫度為1500-1600℃，時間為1-3h。其中，高溫退火處理的溫度要高于高溫熱處理的溫度。

本發明在高溫退火合成碳鏈前，先進行高溫熱處理(增加結構轉化)和氧化處理(制造缺陷)，將碳鏈的產率提高了3-10倍，從而克服了僅僅利用高溫退火合成的碳鏈產率低的缺陷。

優選地，步驟S2中，所述含氧氣氛中，氧氣的體積含量為20％-100％。更優選地，所述含氧氣氛為空氣氣氛。