納米碳管的化學(xué)氣相沉積法制備及其表征的研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)納米碳管的廣泛應(yīng)用，首先必須實(shí)現(xiàn)納米碳管的大規(guī)模制備。而要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備的前提條件是完全弄清楚納米碳管的生長規(guī)律。目前，化學(xué)氣相沉積法(CVD法亦稱“催化裂解法”)是制備納米碳管的主要方法，該法具有產(chǎn)率高、設(shè)備簡單、工藝參數(shù)易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因此，本文采用CVD法制備納米碳管。本文采用甲烷催化裂解法(CVD法)分別制備了單壁納米碳管、雙壁納米碳管和多壁納米碳管。在此過程中，使用的催化劑是以MgO為載體的過渡金屬催化劑，具體包括：1

2、4MoO3·24NiO·777MgO、28MoO3·24NiO·777MgO、56MoO3·24NiO·777MGO、28MoO3·12Fe2O3·777MGO、28MoO3·24CoO·777MGO、14Fe2O3·24NiO·777MGO、7Fe2O3·10CoO·1895MGO、Fe2O3·5V2O5·456MgO、2CoO·5V2O5·456MGO和2NiO·5V2O5·456MGO。這些催化劑是用浸漬灼燒法制成的。同時，考察了

3、催化劑組成(催化活性金屬的種類和鎳鉬比例)，反應(yīng)條件(生長溫度和生長時間)對納米碳管生長的影響。
　　 本文對采用不同組分的四個催化劑28MoO3·12Fe2O3·777MGO、28MoO3·24CoO·777MGO、14Fe2O3·24NiO·777MGO和28MoO3·24NiO·777MGOCVD法制備出來的納米碳管進(jìn)行了掃描電子顯微鏡分析。研究結(jié)果表明：采用不同催化劑CVD法制備的納米碳管的產(chǎn)率、形貌和結(jié)構(gòu)也不同，其中2

4、8MoO3·24NiO·777MGO催化劑生長出來的納米碳管的產(chǎn)率較高，為14.3％。為了進(jìn)一步考察鉬對產(chǎn)率和產(chǎn)品的石墨化程度的影響，作者以不同的鎳鉬比例制備了三個催化劑：14MoO3·24NiO·777MgO、28MoO3·24NiO·777MgO和56MoO3·24NiO·777MGO。分別利用這三個催化劑通過催化裂解甲烷在700℃生長納米碳管。激光拉曼光譜研究結(jié)果表明：鉬含量最高的催化劑生長出來的是多壁管，其余的兩個產(chǎn)品是單壁管。

5、這是首次使用氧化鎂擔(dān)載的鎳鉬催化劑制備出單壁納米碳管。所制得的單壁納米碳管具有較窄的管徑分布，分別為0.8～1.7nm和0.7～1.5nm。其中以28MoO3·24NiO·777MgO為催化劑制備出來的單壁納米碳管的石墨化程度更高。對其中的單壁管分別進(jìn)行了高分辨率透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征。研究結(jié)果表明：利用28MoO3·24NiO·777MgO催化劑可在較低的溫度下(700℃)成功制備高質(zhì)量的單壁納米碳管。
　　 以7

6、Fe2O3·10CoO·1895MGO為催化劑，采用CVD法首次成功制備出高質(zhì)量的雙壁納米碳管(DWNTs)。掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明：雙壁管的產(chǎn)率(23.4％)很高。激光拉曼光譜測試結(jié)果表明：雙壁管的結(jié)晶有序程度很高。結(jié)合高分辨率透射電鏡觀察結(jié)果表明：外徑分布為1.3～2nm，內(nèi)徑分布為0.6～1.2nm。該雙壁納米碳管樣品的管徑分布范圍比其它CVD法制備的雙壁管的管徑分布范圍更窄。
　　 以2CoO·5V2O5·456MG

7、O、Fe2O3·5V2O5·456MgO和2NiO·5V2O5·456MGO為催化劑，采用CVD法通過催化裂解甲烷在800℃制備出多壁納米碳管(MWNTs)。對這三個產(chǎn)品進(jìn)行了掃描電子顯微鏡、高分辨率透射電子顯微鏡和激光拉曼光譜表征。通過對表征結(jié)果進(jìn)行分析比較后，發(fā)現(xiàn)：利用含釩的雙金屬催化劑可有效制備出石墨化程度高的多壁納米碳管。其中2NiO·5V2O5·456MgO催化劑在制備多壁納米碳管的過程中在產(chǎn)率(21.7％)上更占優(yōu)勢，催化活