單壁碳納米管的電弧放電法制備及純化的初步研究.pdf

1、單壁碳納米管自1993年被發(fā)現(xiàn)以來，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有奇異的物理化學(xué)特性和優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能，在納米電子元件、儲氫、場發(fā)射以及復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣闊的潛在應(yīng)用前景，在炭材料領(lǐng)域掀起了一股世界性的研究熱潮。所有這些誘人的應(yīng)用前景是以單壁碳納米管的大規(guī)模廉價制備為前提的。在單壁碳納米管的諸多制備方法中，電弧法因設(shè)備投資低、操作簡單可靠、制備產(chǎn)物的晶化程度高等優(yōu)點(diǎn)，受到各國研究者的青睞。電弧法制備單壁碳納米管以過渡金屬作為催化劑，制備成本

2、很高。尋找廉價而且有效的催化劑是降低單壁碳納米管制備成本的一個有效的技術(shù)途徑。基于此，本文研究了使用鐵的氧化物作催化劑電弧法制備高質(zhì)量單壁碳納米管，以降低單壁碳納米管的制備成本。使用掃描電鏡、高分辨率透射電子顯微鏡、能量散射X射線譜儀、拉曼光譜對產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)和純度進(jìn)行表征。 結(jié)果表明，以鐵的氧化物作為催化劑，應(yīng)用電弧放電法能夠制備出高質(zhì)量的單壁碳納米管。制備的產(chǎn)物的宏觀形貌主要為布狀產(chǎn)物和網(wǎng)狀產(chǎn)物，掃描電鏡和高分辨率透射電子顯

3、微鏡觀察表明，布狀產(chǎn)物中含有大量相互纏繞的單壁碳納米管束，無定形炭等雜質(zhì)很少；在網(wǎng)狀產(chǎn)物中“條帶”狀的單壁碳納米管產(chǎn)物中有大量的單壁碳納米管束緊密地聚集在一起，純度很高。能量散射X射線譜分析以及拉曼光譜分析進(jìn)一步確認(rèn)了產(chǎn)物中單壁碳納米管的純度很高。 考察了Fe<,2>O<,3>、Fe<,3>O<,4>以及Fe<,2>O<,3>和Fe<,3>O<,4>的混合物作催化劑電弧法制備單壁碳納米管的催化活性，并對影響制備單壁碳納米管質(zhì)量的

4、因素進(jìn)行了分析和優(yōu)化，得到最佳制備工藝條件為：12 wt.％的Fe<,3>O<,4>作催化劑，3 wt.％的FeS作生長促進(jìn)劑，電流90A， 60％氬氣和40％氫氣(摩爾組成)混合物氣體作緩沖氣體，緩沖氣體的壓力200Torr，流量4.8L/h。 本文研究了使用物理法與化學(xué)法相結(jié)合的方法對電弧法制備的單壁碳納米管產(chǎn)物進(jìn)行了純化的初步研究。在450℃進(jìn)行氧氣氧化3小時，400W以上的超聲波功率下振蕩3小時以上，在攪拌下用濃鹽酸酸洗