單壁納米碳管的化學氣相沉積法制備與表征.pdf

1、摘要4 X { 2 №o本文研究了單壁納米碳管的化學氣相沉積法( C V D ) 制備工藝，并運用透射電子顯微鏡( T E M ) 、X —r a y 能譜( E D S ) 與喇曼( R a m a n ) 光譜等分析手段，對產物及催化劑進行了表征。采用浸漬法、吸附沉淀法與溶膠凝膠法等制備了催化劑，并合成了單壁納米碳管。優(yōu)化了溶膠凝膠工藝，獲得了一種性能優(yōu)良的催化劑，制備出了較高產量的單壁納米碳管，R a m a n 光譜低頻段明顯的

2、單壁納米碳管的徑向呼吸模式( R a d i a lB r e a t h i n g M o d e ，R B M ) 特征峰，進一步證實了這一結果。此外，還丌發(fā)了一種高產‘量制備多擘納米碳管束的新工藝。／研究結果表明，催化劑制備工藝對單擘納米碳管的產量與產物形態(tài)具有關鍵的影響。本文所采用的檸檬酸法瞬時燒爆工藝制備的催化劑，顆粒小，載體與活性紕分接觸好，活性組分分散均勻，可望實現單壁納米碳管的大艦模制備。對催化劑進行摻鉬處理表明，它可

3、顯著提高催化劑催化裂解甲烷合成納米碳管的能力；作者在高溫下進行了催化劑摻入金屬鉬的實驗，得到了一利t 性能優(yōu)異的催化劑，以此制備的多擘納米碳管的旱柬狀分布，所得的半凡J ”物與催化劑之間的重量比達1 5 倍以卜。但對于摻入鉗酸銨的催化劑可提高單擘管產量的報道，本文實驗結果并不支持這一結論。本文實驗綿果還顯示，對于不同的催化劑，它們的最佳生長條件( 如溫度與氣氛等) 往往相籌甚大，因而在優(yōu)化生長條件時必須針對催化劑的個性進行具體的分析。b

4、＼ ＼【關鍵詞】單壁納米碳管，納米碳管束，化學氣相沉積( c v n )+ 本論文得到了國家自然科學基金( 批準號：5 9 8 7 2 0 3 0 ) 和9 7 3 田家重點畢礎項¨( 順口編弓G 2 0 0 0 0 2 6 4 0 4 ) 的資助浙江火學碩士學位論史第一章文獻綜述1 單壁納米碳管的發(fā)現、結構、各種制備方法與評價1 ．納米碳管與單壁納米碳管的發(fā)現1 9 9 1 年，同本N E C 公司基礎研究實驗室的飯島( I

5、 i j i m a ) 教授發(fā)現了納米碳管”I ，為富勒烯家族增添了重要的一員。單壁納米碳管( S W N T ) 的發(fā)現【2 1 也得歸功于I O i m a 教授， 1 9 9 3 年，他在電弧放電法制各納米碳管的石墨電極中引入了F e 、C o 等過渡族金屬，在產物中首次看到了單壁納米碳管。2 單壁納米碳管的結構按照T h o m a s ．W 1 3 1 定義，納米碳管( C N T s ) 是由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫

6、中空管。管壁僅由單層石墨面卷曲成的稱為單壁納米碳管( S W N T ) ，兩端通常由半球形的大富勒烯分子封住，直徑為零點幾到幾納米，長度可在幾十個微米以上( 如圖1 ．1 所示) 。圖1 ．1 單壁納米碳管示意圖S W N T 的管壁是一個碳原子通過s p 2 雜化同周圍三個碳原子完全鍵合而成的、由六邊形平面組成的圓柱面；其平面六角晶胞邊長為2 ．4 6 A ，最短的碳一碳鍵長1 ．4 2 A 。頂端由五元環(huán)和七元環(huán)參與封閉。根據S

7、W N T 的螺旋向量( n ，m )”?？蓪 W N T 分為三種：n = 0 或m = 0 ，則稱為“之”型( Z i g z a g F o r m ) 的S W N T ：n - - - - m 則稱為“椅”型( A r m c h a i r F o r m ) 的S W N T ：其余的則稱為手性( C h i r a l F o r m )的S W N T 。其中，前兩種無螺旋性，；后一種有螺旋性。S W N T 的螺旋