碳纳米管制备技术的研究进展

发布时间：2021-09-29 08:29

　　碳纳米管作为一种具有独特一维中空结构的纳米碳材料,由于具有高长径比、高导电性和机械稳定性而被广泛应用于储氢、二次电池以及超级电容器等领域。尽管目前碳纳米管的合成方法逐渐趋向成熟,但面对巨大的应用市场,设计一种经济、高效的碳纳米管合成方法依然是一项有益的挑战。本文综述了碳纳米管的生长机理,并对目前常用碳纳米管的制备方法进行评述。 

【文章来源】：天然气化工（C1化学与化工）. 2020,45(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

不同手性的单壁碳纳米管；(b)单壁碳纳米管三种理想结构模型

大量研究表明，在碳纳米管的端部包含有催化剂颗粒。因此，奥本大学的Baker等[4]提出碳纳米管顶部生长和底部生长模型（图2），该模型的提出基于碳纤维的生长过程，同样也适用于碳纳米管的生长。如果催化剂与基底之间作用力较弱，催化剂则会被不断生长的碳纳米管托起，使得催化剂颗粒始终处于碳纳米管的顶端。相反，如果催化剂与基底之间有强的作用力，催化剂会始终附着在基底上，碳原子则从底部向上扩散形成碳纳米管，即底部生长模型。不论是顶部生长还是底部生长模型，碳原子在催化剂表面的扩散速率始终大于内部的扩散速率，因此形成了中空的管状结构[5]。此外，中国科学院山西煤化所Du等[6]提出了一种颗粒-线-管生长模型，该模型更适用于气-气反应历程。由于在气-气反应过程中碳中间产物远大于金属催化剂的含量，因此碳中间产物更加趋向于相互吸引团聚，而不是被催化剂吸附。麻省理工大学Height等[7]提出了颗粒接触模型，用于解释火焰环境中碳纳米管的生长（图3）。离散的催化剂颗粒优先吸附活化的碳原子并形成碳过饱和态。相邻两个或多个催化剂颗粒之间相互碰撞的部分接触在一起，该部分随后不再沉积新的碳原子，这就产生了催化剂颗粒内部的碳原子浓度梯度。一旦催化剂颗粒互相分离，碳纳米管或碳纳米管束就会在颗粒之间形成。

麻省理工大学Height等[7]提出了颗粒接触模型，用于解释火焰环境中碳纳米管的生长（图3）。离散的催化剂颗粒优先吸附活化的碳原子并形成碳过饱和态。相邻两个或多个催化剂颗粒之间相互碰撞的部分接触在一起，该部分随后不再沉积新的碳原子，这就产生了催化剂颗粒内部的碳原子浓度梯度。一旦催化剂颗粒互相分离，碳纳米管或碳纳米管束就会在颗粒之间形成。2 制备方法及其进展


本文编号：3413394