專(zhuān)利名稱(chēng)：大量制備單壁碳納米管及其提純的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大量制備單壁碳納米管及其提純的方法，屬碳納米管制備工 藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，碳納米管特別是直徑較小的碳納米管受到人們的關(guān)注。他們可以被 用來(lái)制備功能性材料，例如能夠以很高密度集成分子元件、吸藏諸如氫氣等各種氣體的 吸藏材料、場(chǎng)致發(fā)射顯示器附件、電極材料或?qū)岵牧?。這其中單壁碳納米管由于其廣 泛的研究空間逐漸成為了研究的熱點(diǎn)。生產(chǎn)單壁碳納米管的方法主要包括電弧放電法，CVD (化學(xué)氣相沉積法)法和 激光蒸發(fā)法。用金屬顆粒作為催化劑制備碳納米管是一種制備碳納米管的重要方法，催 化劑主要有鐵、鎳-釔、以及鐵與重金屬的復(fù)合催化等等。但是，使用這些方法中的任 何一種生產(chǎn)的粗品中都包含大量諸如無(wú)定形炭等的炭顆粒雜質(zhì)。因此，必須將這些碳納 米顆粒雜質(zhì)從碳納米管中分離出來(lái)并提純碳納米管。用鐵作催化劑制備的碳納米管的提 純已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了，并已有文獻(xiàn)記載；但利用鐵催化劑制備的單壁碳納米管產(chǎn)量較低。 用鎳-釔作催化劑制備單壁碳納米管的產(chǎn)量較高，國(guó)外已經(jīng)有相關(guān)的報(bào)道；但制備的單 壁碳納米管純度較低，并且目前還沒(méi)有較好的提純方法。而利用我們的方法制備的單壁 碳納米管本身純度就很高，而且利用我們開(kāi)發(fā)的兩步提純方法可以實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的 大量制備和提純。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可大量制備單壁碳納米管及其提純的方法。本發(fā)明提供一種大量制備單壁碳納米管及其提純的方法，其特征在于具有以 下的過(guò)程和步驟
a.制備含有碳-鎳-釔的電極棒將可石墨化碳粉、鎳催化劑和釔催化劑按原子摩 爾比0.95: 0.04 0.01稱(chēng)量配料，混合均勻后放于球磨機(jī)中球磨8 24小時(shí)，然后將混 合粉末在等靜壓下壓制成直徑為6 IOmm的圓柱形電極棒；然后在高溫800 1200°C 和1400 2000°C下分別對(duì)電極棒進(jìn)行熱處理；
b.大量制備單壁碳納米管將上述經(jīng)熱處理后的電極棒作為陽(yáng)極，用純碳電極棒 作為陰極在He氣氣氛中，氣壓為200 760Torr條件下，利用碳納米管制備系統(tǒng)，用 直流電弧放電法，生長(zhǎng)制得含有鎳和釔催化劑的單壁碳納米管；所施加的電流為50 200A ；
C.對(duì)單壁碳納米管進(jìn)行提純將上述制備得到的含有鎳和釔催化劑的單壁碳納米 管在420°C溫度條件下氧化處理1小時(shí)，待其自然降溫后再將其放入濃硝酸溶液中處理2 小時(shí)，以除去碳納米顆粒以及鎳和釔催化劑雜質(zhì)；然后將溶液用蒸餾水抽濾直至中性； 干燥后獲得提純后的單壁碳納米管。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)本發(fā)明方法可大量制備純度較高的單壁碳納米管，并且 制備的碳納米管可以大量提純，純度可以達(dá)到90%。本發(fā)明所制得的單壁碳納米管其管 徑分布較均勻；本發(fā)明方法制得的高結(jié)晶性單壁碳納米管在氫化脫氫、合成加氫、微波 吸收、燃料電池等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提純之前單壁碳納米管的掃描電鏡照片圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提純之后單壁碳納米管的掃描電鏡照片圖3為本發(fā)明實(shí)施例中提純之后單壁碳納米管的透射電鏡照片圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提純之前和之后單壁碳納米管的拉曼光譜圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中提純之后單壁碳納米管的成分分析結(jié)果的能譜圖(EDS圖
譜)ο
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。實(shí)施例將可石墨化碳粉、鎳粉和三氧化二釔粉分別為1、2.1和10.1克(原子 摩爾比為0.95: 0.04 0.01)混合后用球磨機(jī)球磨24小時(shí)，利用等靜壓120Mpa壓制成直 徑約IOmm的圓柱形電極棒，對(duì)該電極棒在氮?dú)鈿夥障路謩e進(jìn)行1000和1800度兩次熱處 理，保溫時(shí)間都為2小時(shí)。將熱處理后的電極棒做為陽(yáng)極，純碳電極棒為陰極，電極間 距為2_在He氣氛中，氣壓為500 Torr條件下的碳納米管制備系統(tǒng)中，用直流電弧放電 生長(zhǎng)含鎳和釔催化劑的單壁碳納米管，放電時(shí)間為30分鐘，所加電流為100A。將制備 的單壁碳納米管在溫度為420度氧化處理1小時(shí)，自然降溫后將其加入濃硝酸溶液中超聲 處理2小時(shí)，以除去碳納米顆粒以及鎳和釔催化劑雜質(zhì)；將溶液用蒸餾水抽濾直至為中 性，干燥、研磨獲得提純后的單壁碳納米管(SWCNTs)粉體。對(duì)制得產(chǎn)物的儀器檢測(cè)
對(duì)實(shí)施例所得產(chǎn)物進(jìn)行各項(xiàng)儀器檢測(cè)，所測(cè)結(jié)果參見(jiàn)附圖中的圖1至圖5。圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提純之前單壁碳納米管的掃描電鏡照片圖，可以看出 雜質(zhì)較多。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提純之后單壁碳納米管的掃描電鏡照片圖，大部分的 雜質(zhì)已經(jīng)被處理掉了。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中提純之后單壁碳納米管的透射電鏡照片圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提純之前和之后單壁碳納米管的拉曼測(cè)試圖譜，單壁 碳納米管的直徑小于2納米，具有很高的結(jié)晶性。圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中提純之后單壁碳納米管的成分分析結(jié)果的能譜圖 (EDS圖譜)，從圖中可以觀察到極強(qiáng)的碳峰，說(shuō)明碳管的純度很高。
權(quán)利要求
1. 一種大量制備單壁碳納米管及其提純的方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟a.制備含有碳-鎳-釔的電極棒將可石墨化碳粉、鎳催化劑和釔催化劑按原子摩 爾比0.95: 0.04 0.01稱(chēng)量配料，混合均勻后放于球磨機(jī)中球磨8 24小時(shí)，然后混合 粉末在等靜壓下壓制成直徑為6 IOmm的圓柱形電極棒；然后在高溫800 1200°C和 1400 2000°C下分別對(duì)電極棒進(jìn)行熱處理；b.大量制備單壁碳納米管將上述經(jīng)熱處理后的電極棒作為陽(yáng)極，用純碳電極棒 作為陰極在He氣氣氛中，氣壓為200 760Torr條件下，利用碳納米管制備系統(tǒng)，用 直流電弧放電法，生長(zhǎng)制得含有鎳和釔催化劑的單壁碳納米管；所施加的電流為50 200A ；C.對(duì)單壁碳納米管進(jìn)行提純將上述制備得到的含有鎳和釔的單壁碳納米管在 420°C溫度條件下氧化處理1小時(shí)，待其自然降溫后再將其放入濃硝酸溶液中處理2小 時(shí)，以除去碳納米顆粒雜質(zhì)；然后將溶液用蒸餾水抽濾直至中性；干燥后得到提純后的 單壁碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大量制備單壁碳納米管及其提純的方法，屬碳納米管制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要過(guò)程是將可石墨化碳粉摻雜鎳和釔金屬催化劑，其原子摩爾比為0.950.040.01；將其混合均勻后壓制成圓柱形碳電極棒，將其高溫處理后作為陽(yáng)極，用純碳電極棒作陰極，在氦氣氣氛中進(jìn)行直流電弧放電使陽(yáng)極蒸發(fā)，最后在反應(yīng)腔體內(nèi)獲得含有鎳和釔催化劑的高結(jié)晶性單壁碳納米管；然后再進(jìn)行提純以去除在制備過(guò)程中形成的無(wú)定形碳、碳納米顆粒以及鎳和釔催化劑雜質(zhì)。提純方法采用兩步法，即先在空氣中在420℃氧化1小時(shí)，再用濃硝酸超聲處理2小時(shí)，然后用蒸餾水抽濾直至為中性；經(jīng)干燥后即獲得提純后的單壁碳納米管粉體。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102020266SQ20101061360
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者安康, 盛雷梅, 賀可強(qiáng), 趙新洛, 郁黎明 申請(qǐng)人:上海大學(xué)