專利名稱：一種水熱法制備碳納米管或棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管或棒的合成方法，特別是涉及一種水熱法制備碳納米管或棒 的方法。
自1991年耶ma發(fā)現(xiàn)碳納米管以來[l]，就因其獨特的結(jié)構(gòu)和潛在的優(yōu)越性能，決定 了它無論在物理、化學(xué)還是材料科學(xué)領(lǐng)域都將有重大的發(fā)展前景。
碳納米管是由類似石墨的六邊形網(wǎng)格所組成的管狀物，管子一般可由一層或多層組成， 直徑在幾納米到幾十納米之間，長度可達(dá)數(shù)微米,它的層片間距為0.34nm,比石墨的層片間距 (0.335nm)稍大。碳納米管具有優(yōu)異的場發(fā)射性能等特性。碳納米管的尖端具有納米尺度的 曲率半徑,在相對較低的電壓下就能夠發(fā)射大量的電子,而且還具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性和機 械強度,是一種優(yōu)良的場致發(fā)射材料,可用于制作平面顯示裝置。利用碳納米管取代活性炭作 為超級電容器的電極材料，可取得高的比電容。同時碳納米管具有超強的抗拉強度和韌性 等等力學(xué)性能，優(yōu)良的導(dǎo)體和半導(dǎo)體特性，高的比表面積，強的吸附性能在吸波功能材料、 復(fù)合材料、場致發(fā)射器件、微型器件等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
目前制備碳納米管的方法主要為三種[2，3,4]:石墨電弧法,催化熱解法(又稱CVD法)， 激光燒蝕法。電弧法是利用石墨電極放電,使固體碳源蒸發(fā)并進(jìn)行結(jié)構(gòu)重排獲得碳納米管的 方法。電弧法在制備碳納米管的過程中通過改變電弧放電條件(電極間電壓，電流)、催化 劑、電極相對尺寸、極間距以及原料配比等方法來制備碳納米管。電弧法得到的碳納米管 直，但電弧放電過程難以控制，制備成本高，其規(guī)模生產(chǎn)還需進(jìn)一步探索。激光燒蝕法是 以強激光束照射含有金屬催化劑的石墨靶，利用高能量的激光在石墨表面產(chǎn)生高溫，使碳 原子蒸發(fā)并產(chǎn)生結(jié)構(gòu)重構(gòu)，獲得碳納米管的方法。得到的碳納米管雜質(zhì)較少，易于提純， 但需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備，能耗大、產(chǎn)量小，限制了它的廣泛應(yīng)用。CVD法以納米尺度的金 屬或其合金、化合物作催化劑，在相對低的溫度下熱解含碳的氣體制備碳納米管的方法。 設(shè)備和工藝較簡單，可大規(guī)模生產(chǎn)，但制出的碳納米管相互纏繞且缺陷較多。
水熱合成無機納米材料具有反應(yīng)條件溫和，操作簡便等優(yōu)點，現(xiàn)在己經(jīng)被廣泛使用在 納米氧化物，硫化物的合成。文獻(xiàn)[5]報道了用葡萄糖作為原料在水熱合成條件下合成碳微 球的方法。文獻(xiàn)[6]報道報道了在水熱合成條件下以蔗糖為碳源合成碳微球的方法。但是到 目前為止，以葡萄糖或者蔗糖為原料，利用水熱反應(yīng)合成碳納米管或棒的文獻(xiàn)和專利還未 見公開報道。
背景技術(shù)：
[3] G. Gulino, R.Vieira, J. Amadou et al, Applied Catalysis A: General, 2005. 279(1-2): 89-97.[4] N. Braidy, M.A.E1 Khakani, G..A. Botton，Carbon, 2002, 40(15): 2835-2842.[5] X.M.Sun, Y.D. Li, Angew Chem Int Ed, 2004， 43(5): 597-601.問Q. Wang, H. Li， L. Q.Chen et al. Carbon, 2001 , 39 : 2211 -2214.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種水熱法制備碳納米管或棒的方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，包括如下步驟(1) 將蔗糖或葡萄糖溶解在2 10mol/L的不揮發(fā)酸水溶液中，制成質(zhì)量百分濃度為l%-60% 的溶液，充分?jǐn)嚢瑁?2) 將步驟(1)制成的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，100 24(TC進(jìn)行水熱反應(yīng)2-24小時， 自然冷卻至室溫，經(jīng)分離，洗滌和干燥后得到碳納米管或棒。所述蔗糖或葡萄糖的不揮發(fā)性酸水溶液的質(zhì)量百分濃度為5%-40%。 所述不揮發(fā)性酸為硫酸或磷酸或任意摩爾比的硫酸和磷酸混合溶液。 本發(fā)明的一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，以蔗糖或者葡萄糖作為碳源，在硫酸 或者磷酸的酸性溶液中，首次采用水熱法制備出碳納米管或棒。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)條 件溫和，工藝簡單的特點，制備的碳納米管不纏繞，非常直，分散性好且具有良好的重現(xiàn) 性。本發(fā)明的碳納米管或棒作為化學(xué)反應(yīng)原料，催化劑載體，電化學(xué)儲能，微電子學(xué)方面 具有廣泛應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的方法制備的碳納米管的TEM圖；圖2是本發(fā)明的方法制備的碳納米棒的TEM圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 實施例1將1克蔗糖溶解在事先配置好的19克6mol/L的H2S04的溶液中，在室溫下充分?jǐn)嚢?形成5%的蔗糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于18(TC下水熱反應(yīng)12小時，然后自 然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到管徑40-50nm的碳納米管， 長l 2nm。 實施例2將8g蔗糖溶解在事先配置好的12克7mol/L的H2S04的溶液中，在室溫下充分?jǐn)嚢栊?成40%的蔗糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于15(TC下水熱反應(yīng)5小時，然后自然 冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到直徑30-50nm的碳納米棒，長 l~2u m。 實施例3將2克蔗糖溶解在事先配置好的18克3mol/L的H3P04的溶液中，在室溫下充分?jǐn)嚢栊纬?0%的蔗糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于22(TC下水熱反應(yīng)24小時，然后自 然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到直徑20-50nm的碳納米棒， 長0.5~2 u m。 實施例4
將0.4克蔗糖溶解在事先配置好的9.6克2mol/L的H3P04和10克3mol/L的&804溶 液中，在室溫下充分?jǐn)嚢栊纬?%的蔗糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于18(TC下水 熱反應(yīng)19小時，然后自然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到直徑 20-50nm的碳納米棒，長0.5-2 um。 實施例5
將0.2克葡萄糖溶解在事先配置好的19.8克10mol/L的H3P04溶液中，在室溫下充分 攪拌形成1%的葡萄糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于24(TC下水熱反應(yīng)2小時，然 后自然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到碳納米管。 實施例6
將12克葡萄糖溶解在事先配置好的4克3mol/L的H3P04和4克2mol/L的H2S04溶液 中，在室溫下充分?jǐn)嚢栊纬?0%的葡萄糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于IO(TC下 水熱反應(yīng)10小時，然后自然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到碳 納米棒。 ' 實施例7
將2克葡萄糖溶解在事先配置好的18克2mol/L的112804溶液中，在室溫下充分?jǐn)嚢?形成10%的葡萄糖酸性溶液后，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，于10(TC下水熱反應(yīng)10小時，然后 自然冷卻至室溫，離心分離和去離子水反復(fù)洗滌后干燥即可得到碳納米棒。
權(quán)利要求
1.一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，其特征是包括如下步驟(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在2～10mol/L的不揮發(fā)酸水溶液中，制成質(zhì)量百分濃度為1％-60％的溶液，充分?jǐn)嚢瑁?2)將步驟(1)制成的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，100～240℃進(jìn)行水熱反應(yīng)2-24小時，自然冷卻至室溫，經(jīng)分離，洗滌和干燥后得到碳納米管或棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，其特征在于所述蔗糖或葡 萄糖的不揮發(fā)性酸水溶液的質(zhì)量百分濃度為5%-40%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，其特征在于所述不揮發(fā)性 酸為硫酸或磷酸或任意摩爾比的硫酸和磷酸混合溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水熱法制備碳納米管或棒的方法，包括如下步驟(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在不揮發(fā)酸水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?2)將步驟(1)制成的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，100～240℃進(jìn)行水熱反應(yīng)2-24小時，自然冷卻至室溫，經(jīng)分離，洗滌和干燥后得到碳納米管或棒。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)條件溫和，工藝簡單的特點，制備的碳納米管不纏繞，非常直，分散性好且具有良好的重現(xiàn)性。本發(fā)明的碳納米管或棒作為化學(xué)反應(yīng)原料，催化劑載體，電化學(xué)儲能，微電子學(xué)方面具有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號C01B31/02GK101254913SQ200810052609
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者單忠強, 淵 原, 學(xué) 秦, 朋 蔣, 袁亞華 申請人:天津大學(xué)