制备碳纳米管的促进作用.PDF

V01．30 高等学校化学学报 No．2 CHEMICAL OFCHINESEUNIVERSmES 231—235 2009年2月 JOURNAL 助剂铬对Ni／MgO催化剂CVD法 制备碳纳米管的促进作用 冉茂飞，储伟，文婕，李延芳 (四川大学化工学院，成都610065) 摘要采用溶胶一凝胶法制备了助剂cr改性的Ni／MgO催化剂，用化学气相沉积(CVD)法在600℃下裂解甲 烷生长碳纳米管，研究了助剂cr的引入对催化剂微结构和制备碳纳米管性能的影响．催化剂样品用XRD， 存在着强相互作用而形成固溶体，Ni／MgO催化剂经氢气处理后其中的镍氧化物只有极少部分被还原成为 镍．助剂铬的引入明显促进了镍的还原，使得催化剂表面的Ni活性中心数增多，从而使催化剂的活性和性 能得到了明显的改进．在加入助剂后碳纳米管的产率明显增加，当cr质量分数为8％时，碳纳米管的产量为 未加助剂时产量的5倍，碳纳米管和催化剂的质量比达到19．28．当cr含量进一步增加时，Ni在催剂表面聚 集形成大颗粒，制备出的产品中含有大量的碳纳米纤维和无定形碳．以8％Cr-Ni／Mgo催化剂合成的碳纳米 管具有比较高的产率且质量较好． 关键词碳纳米管；铬助剂；镍基催化剂；甲烷裂解 中图分类号0643．3；0613．71；0614．22文献标识码A 自从碳纳米管(CNTs)问世以来，由于其独特的物理化学性质，使得其制备、表征、应用和机理成 为科学领域的研究热点之一¨一2|．制备取向碳纳米管阵列新材料…；以羧基化的碳纳米管提取蛋清中 的溶菌酶【31；以碳纳米管作为新的载体或助剂应用于催化反应或研制新的功能材料M’5o等研究表明， 碳纳米管在各个领域具有优良的性能和潜在的应用能力，使其具有很广阔的市场前景．制备碳纳米管 的方法比较多，化学气相沉积(CVD)法由于能够以相对低的成本实现大规模制备高纯度的CNTs而被 视为最有发展前景的方法旧J．在CVD方法中，CNTs的产率和纯度与催化剂的组成及用量、碳源气和 反应条件等密切相关o¨．碳源气的碳氢比是影响碳纳米管产率的一个重要因素，碳源气甲烷的碳氢比 虽然不高，但它是天然气的主要成分，在大规模生产中是更具可行性的原料．CVD法制备CNTs多用 担载金属型催化剂，常用Fe，Co和Ni 化物为前驱体制备碳纳米管合成用催化剂，其中Ni和Mg的离子半径接近，易形成NiMgO：固溶体，在 高温下固溶体还原可得到很细的镍晶粒，以此催化合成得到的CNTs管径细、管壁薄、质量好¨4。．该 催化剂的缺点是镍在固溶体结构中难以被还原出来，单位质量催化剂上生产的CNTs的量较少．进一 和U等[1 本文采用柠檬酸络合法制备铬助剂修饰Ni／MgO的催化剂，以甲烷作为碳源气，在600℃下反应 性能及CNTs合成反应的催化活性等． 收稿时间：2008-08—13． 助 联系人简介：储伟，男，博士，教授，博士生导师，主要从事化工催化、纳米材料和能源材料等方面的研究 E·marl：ehuwei65@yahoo．咖．en 万方数据 232 高等学校化学学报 V01．30 1 实验部分 1．1催化剂的制备 去离子水溶解并搅拌2h，所得溶液用旋转蒸发仪于80℃下减压浓缩除水，直至溶液变成粘稠胶体． cc下焙 然后放人烘箱中于120℃干燥12h，形成蓬松蜂窝状固体，研磨成粉末，置于马弗炉中于700 烧4h后制得催化剂样品． 1．2碳纳米管的合成 将50mg催化剂均匀铺在瓷舟中，置于水平反应炉加热区中部，在氮气气氛下以20℃／min的速 qC还原60 率升温至500℃，切换成氢气在500 min，然后升温至600℃，稳定后通入甲烷．甲烷的流速 mL／min，反应60