專利名稱：一種生產(chǎn)碳納米管(CNTs)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)碳納米管(CNTs)的方法。
背景技術(shù)：
1991年，飯島澄男(Sumio lijima)發(fā)現(xiàn)了一種稱作碳納米管的新型碳種類(lèi)。碳納米管是由石墨烯片層構(gòu)成的無(wú)縫管，石墨烯片層以具有完整的富勒烯蓋(full fullerene caps)的中空形式聚集。有兩種通常種類(lèi)的碳納米管，指單壁碳納米管(SWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs)。SWNTs理論上是碳原子六角排列的單原子厚的殼，卷成圓柱形片狀，而MWNTs 由多重共軸圓柱構(gòu)成，具有沿著公共軸線依次增加的直徑。目前有三種技術(shù)被用于碳納米管的合成。分別是，碳弧放電，激光燒蝕和化學(xué)氣相沉積(CVD)。前兩種方法主要為在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模合成碳納米管而設(shè)計(jì)，主要用于理論研究。催化CVD由于其具備大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管的潛力而被廣泛承認(rèn)是最具吸引力的方法，該方法能更好的控制通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件合成的碳納米管的性質(zhì)。碳納米管，現(xiàn)今最高級(jí)的材料，具有顯著的機(jī)械性能，如理論上的楊氏模量，以及拉伸強(qiáng)度高達(dá)ITpa和200Gpa，其比不銹鋼(1. 5GPa)強(qiáng)。碳納米管是高化學(xué)惰性的，可以維持高張力(10% 30%)而不被破壞。進(jìn)一步的，納米碳管具有優(yōu)于銅的高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，使得其能夠補(bǔ)強(qiáng)微小結(jié)構(gòu)，具備承受補(bǔ)強(qiáng)和復(fù)合電路板信號(hào)傳導(dǎo)的雙功能。可以預(yù)見(jiàn)到，在不久的將來(lái)，納米管類(lèi)結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成高級(jí)材料，應(yīng)用于如量子線，平板顯示器，蓄電池，存儲(chǔ)器片，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，催化載體等等。為了將這些潛在的應(yīng)用付諸實(shí)踐，需要統(tǒng)一直徑的碳納米管。這是由于碳納米管的性質(zhì)(金屬性能，半導(dǎo)體性能和機(jī)械性能)主要取決于它們的手性和直徑。碳納米管的特征影響了他們的重要應(yīng)用。手性與碳納米管的直徑具有很緊密的聯(lián)系。可參見(jiàn) Odom 等的"Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes (單壁碳納米管的原子結(jié)構(gòu)和電子特性)” Nature, Vol. 391，p. 62 (1998)。 Saito 等白勺"Electronic structure of chiral graphene tubules (手j"生石墨j；希管白勺電子結(jié)構(gòu))” Appl. Phys. Lett.，Vol 60，p. 2204(1992)。Reich 等的"Carbon nanotubes basic concepts and physical properties (碳納米管基本概念和物理性質(zhì))"Germany : ffiley-VCH,Chap. 3(2004)。因此，通過(guò)控制碳納米管的直徑統(tǒng)一度，可以控制其手性進(jìn)而控制其性質(zhì)。催化材料中的金屬顆粒的尺寸決定了制得的碳納米管的直徑。參見(jiàn)Vander等的 “Substrate-support interaction in metal-catalyzed carbon nanofibers growth ( ^ 屬催化的碳納米纖維生長(zhǎng)中的基板-支撐作用)”Carbon，VoI 39，p. 2277(2001)。Takenaka 等白勺 <<:Ni/Si02 catalyst effective for methane decomposition into hydrogen and carbon nanofibers (對(duì)于甲烷分解為氫氣和碳納米纖維有效的Ni/Si02催化劑)”J. Catal, Vol 217，p.7W2003)。因此，通過(guò)縮小用于CVD工藝中的催化劑的金屬顆粒的粒徑分布，可以合成具有統(tǒng)一直徑的碳納米管。
雖然在文獻(xiàn)中已經(jīng)提及許多生產(chǎn)具有幾乎統(tǒng)一直徑的CNTs的有效方法，但這些方法包含制備催化劑的復(fù)雜程序或復(fù)雜的設(shè)備應(yīng)用。眾所周知，出于應(yīng)用目的，在不遠(yuǎn)的將來(lái)需要直徑幾乎統(tǒng)一的碳納米管。因此，需要建立簡(jiǎn)便的方法來(lái)合成直徑幾乎統(tǒng)一的合成碳納米管。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)的，提供了一種生產(chǎn)基本統(tǒng)一尺寸的碳納米管(CNTs)的方法，該方法包括將氣體與催化顆粒相接觸的步驟，所述氣體選自甲烷，乙烯或乙炔中的一種或它們的任意組合，所述催化顆粒包含其上沉積有Co和Mo的載體，其中Co和Mo的比例(Co Mo)在 1 0 2 3 (w/w)范圍內(nèi)，而且，其中，接觸步驟在650 850°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。本發(fā)明由幾個(gè)新的技術(shù)特征以及部分特征的結(jié)合構(gòu)成，并在下文所附的說(shuō)明書(shū)中完整描述和闡明，應(yīng)當(dāng)理解的是，細(xì)節(jié)上的多種變化可以在不脫離本發(fā)明的范圍或不犧牲本發(fā)明的任何優(yōu)點(diǎn)的前提下做出。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及生產(chǎn)CNTs的方法。下文中，說(shuō)明書(shū)將根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，將說(shuō)明書(shū)限制為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式僅僅是為了方便本發(fā)明的討論，可以想象，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離所附權(quán)利要求范圍的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出多種修改和等同替代的方式。如前所述，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)基本統(tǒng)一尺寸的碳納米管的方法，該方法包括將氣體與催化顆粒相接觸的步驟，所述氣體選自甲烷，乙烯或乙炔中的一種或它們的任意組合，所述催化顆粒包含其上沉積有Co和Mo的載體，其中Co和Mo的比例在1 0 2 3(w/ w)范圍內(nèi)，而且，其中，接觸步驟在650 850°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。該方法歸納為以下步驟
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)基本統(tǒng)一尺寸的碳納米管(CNTs)的方法，該方法包括將氣體與催化顆粒接觸的步驟，所述氣體選自甲烷，乙烯或乙炔中的一種或它們的任意組合，所述催化顆粒包含其上沉積有Co和Mo的載體，其中Co和Mo的比例(Co Mo)在1 0 2 3 (w/w)范圍內(nèi)，而且，其中，接觸步驟在650 850°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中生產(chǎn)的碳納米管是多壁碳納米管，具有6 14nm 范圍、優(yōu)選9. 0士 1. 4nm(平均值士標(biāo)準(zhǔn)偏差)的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法在反應(yīng)器中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中反應(yīng)時(shí)間大約30分鐘 大約180分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中反應(yīng)器中的壓力在0.1 3atm，優(yōu)選latm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氣體是甲烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中甲烷進(jìn)一步包含稀釋氣體，該氣體選自氮?dú)?，氬氣或氦氣中的一種或它們的組合，優(yōu)選氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中甲烷和氮?dú)庖訡H4 N2=約1 0 約1 9的體積比混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中甲烷和氮?dú)獾幕旌衔镆约s20ml/min 約150ml/ min的流速連續(xù)送料至反應(yīng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積在載體上的催化顆粒包含約5% 約 20%重量的Co和Mo。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述載體選自硅石，H-ZSM-5，二氧化鈦，氧化鎂，二氧化鈰和氧化鋁中的一種或它們的任意組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述載體是氧化鋁。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中反應(yīng)溫度在650 850°C的范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生產(chǎn)基本統(tǒng)一尺寸的碳納米管(CNTs)的方法，該方法包括將甲烷與催化顆粒在650至850℃溫度范圍內(nèi)接觸的步驟。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102216212SQ200880132000
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者A·R·穆罕默德, 蔡尚彪 申請(qǐng)人:馬來(lái)西亞理科大學(xué)