碳纳米管的制备与应用--课件.ppt

在电磁学领域的应用金纳米团簇-多壁碳纳米管修饰电极2碳纳米管的应用碳纳米管电化学传感器*ppt课件在催化剂材料领域的应用在碳纳米管中组装纳米催化剂在储氢材料领域领域的应用碳纳米管储氢2碳纳米管的应用*ppt课件2碳纳米管的应用Science,Vol.101,No.11,2008力学领域+电磁学+复合材料+载体纳米管阵列二维、三维排列组合……*ppt课件3碳纳米管的制备碳纳米管的制备方法：电弧法激光蒸发法化学气相沉积法（CVD法）增强等离子热流体化学蒸气分解沉积法（PECVD）高压一氧化碳合成工艺（HiPCO）其它制备方法常用*ppt课件3.1电弧法石墨电弧法（传统电弧法）石墨电弧法制备纳米碳管装置图以石墨为电极，在惰性气体环境中，电弧放电，消耗阳极石墨，在阴极上生成碳纳米管电压-12~25V；电流-50~120A；电极间隙-~1mm；最早应用的碳纳米管合成方法可生产SWNT和MWNT*ppt课件复合电极电弧催化制备纳米碳管装置图1.冷却水2.真空3.氦气复合电极电弧催化催化剂粉末优势：产物为SWNTs副产物少纯度高劣势：产物中掺有少量催化剂3.1电弧法掺有过渡金属其氧化物（如Fe,Co,Ni,Mo等）的石墨为电极*ppt课件J.Phys.Chem.B,Vol.101,No.11,1997纯化的SCNTs扫描电子显微镜图（a）石墨层间夹杂的金属纳米粒子透射电镜图（b）a中纳米粒子部分放大图ba3.1电弧法*ppt课件3.2激光烧蚀法SCIENCEVOL.27326JULY199610nm单壁碳纳米管束优点：所得碳纳米管品质高，结构完整，缺陷较少，适合生长SWNT缺点：成本高，收率低*ppt课件3.3.1化学气相沉积法（CVD）优势：产量大生产方法简单重复性高劣势：杂质多利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的温度(500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管*ppt课件3.3.2等离子体增强化学气相沉积工艺(Plasma-enhancedCVD,PECVD)Science.?1998.282?(5391):1105–7.优势：等离子体增强反应活性外加电场控制生长方向*ppt课件ppt课件ppt课件ppt课件ppt课件ppt课件ppt课件***碳纳米管（CNTs）特有的纳米级孔道、大的比表面积、以及小尺寸效应、量子效应、吸附特性等又为其应用于催化领域创造了条件***基于碳纳米管优良力学性能可将其作为结构复合材料的增强剂，制备高强度材料*碳纳米管具有良好导电性，可用于制备修饰电极和电化学传感器*碳纳米管比表面积大，表面原子比率大，气体通过碳纳米管的扩散速率为常规催化剂的上千倍，可作为优良催化剂载体碳纳米管经过处理后具有优异的储氢性能，理论上单壁碳纳米管的储氢能力在10%以上此外，碳纳米管在超级电容、锂离子电池、吸波材料等领域也具有一定的应用前景**电弧法是传统的生产富勒烯的方法。该方法是在真空反应室中充满一定压力的惰性气体,采用面积较大的石墨棒(直径为20mm)做阴极,面积较小的石墨棒(直径为10mm)做阳极。在电弧放电过程中,两石墨电极间总保持1mm的间隙。阳极石墨棒不断被消耗,在阴极上沉积有NTs、富勒烯、石墨颗粒、无定形碳和其他形式的碳微粒;同时在电极室的壁上沉积有由富勒烯、无定形碳等碳微粒组成的烟灰。电弧法制备的一般都是MWNTs,而且尺寸小,更重要的是阴极沉积物沉积时的温度太高(电弧能产生高达4000K的高温),导致所制备的碳纳米管缺陷多,且与其他的副产物如无定形碳、纳米微粒等杂质烧结于一体,对随后的分离和提纯不利。*实验装置与电弧法装置基本相同。只是在阳极碳棒的中心钻一小洞，洞中填塞金属（如Fe、Co、Ni、Y等）催化剂粉末。以铁为例，在电弧放电所形成的高温条件下,同时产生碳和铁的蒸气相,蒸气相的铁作为均相催化剂,催化吸附在铁上由石墨棒形成的气相碳并生成SWNTs,然后与烟灰一起沉积在真空室壁上。此种方法生成的碳纳米管大都为单层碳纳米管，和石墨电弧法相比，副产物较少，产物纯度较高，但反应所得产物中会掺杂少量催化剂，后续需