用于合成多壁碳納米管的催化劑、其催化劑的制備方法及由其催化劑合成的多壁碳納米管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于合成多壁碳納米管的催化劑，更具體地，涉及用于合成使經(jīng)合成的多壁碳納米管容易分散，并且可顯著提高導(dǎo)電性的多壁碳納米管的催化劑、其催化劑的制備方法及由其催化劑合成而成的多壁碳納米管。
【專利說明】
用于合成多壁碳納米管的催化劑、其催化劑的制備方法及由 其催化劑合成的多壁碳納米管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于合成多壁碳納米管的催化劑，更具體地，涉及用于合成使經(jīng)合成 的多壁碳納米管容易分散，并且可顯著提高導(dǎo)電性的多壁碳納米管的催化劑、其催化劑的 制備方法及由其催化劑合成的多壁碳納米管。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管(Carbon nanotube:CNT)作為碳之間相結(jié)合為六邊形而形成圓筒型管結(jié) 構(gòu)的碳同素異形體的一種，呈直徑為數(shù)nm程度的小的管形狀，從而被稱為納米管。這種碳納 米管由于空心而輕，與相同的粗細(xì)的鋼鐵相比，具有最大100倍以上的拉伸強(qiáng)度及無損地彎 曲至90°的物性，從而作為新原材料受到矚目。并且，具有高的導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性，根據(jù)碳層被 纏的角度呈現(xiàn)導(dǎo)體和半導(dǎo)體的性質(zhì)。并且，碳納米管根據(jù)壁的數(shù)量還區(qū)分為單壁碳納米管 (single walled carbon nanotube:SWNT)、多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotube：MWNT)〇
[0003] 通常，碳納米管可利用放電法、激光蒸鍍法、等離子體化學(xué)氣相沉積法、熱化學(xué)沉 積法、氣相合成法及電解法等制備，其中，在氣相合成法的情況下，不使用基板，并且向反應(yīng) 爐內(nèi)直接供給含碳的氣體和催化劑金屬，來進(jìn)行反應(yīng)而形成碳納米管的沉積物，因而既可 大量合成碳納米管，又經(jīng)濟(jì)性優(yōu)秀而最受到矚目。在這種氣相合成法中，必須使用催化劑金 屬，并且作為催化劑金屬的Ni、Co或Fe等使用得最多。各個催化劑金屬粒子作為一個種源 (seed)起到作用來形成碳納米管。
[0004] 另一方面，作為針對于碳納米管及用于制備其的催化劑的現(xiàn)有文獻(xiàn)有韓國公開專 利第2010/0042765號的碳納米管合成用負(fù)載型催化劑、其制備方法及利用其的碳納米管以 及第2012/0093458號的具有垂直定向的束結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電性碳納米管及利用其的高導(dǎo)電性 高分子納米復(fù)合材料組合物，并分別針對于破碎的球形形狀的催化劑及薄片型催化劑進(jìn)行 公開，但是在經(jīng)濟(jì)上，大量生產(chǎn)具有碳納米管的優(yōu)秀特性的高品質(zhì)碳納米管仍然存在困難。
[0005] 即，由于催化劑的比表面積不寬，從而針對于所使用的催化劑量的碳納米管的生 產(chǎn)量不多，或者已生產(chǎn)的碳納米管的比表面積不寬，質(zhì)量不規(guī)定，因而在充分地利用碳納米 管的優(yōu)秀的特性來使用于多種潛在性用途中存在不足之處。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明為了解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的問題而提出，本發(fā)明的目的在于，提供如 下技術(shù):制備按每lg催化劑生長的碳納米管的體積除以lg體積的值為30以上的寬的比表面 積的催化劑，并利用上述催化劑制備具有寬的比表面積的優(yōu)質(zhì)多壁碳納米管(優(yōu)選地，碳納 米管的直徑為3~10nm，壁的數(shù)量為3~10個），尤其，以低費(fèi)用可大量生產(chǎn)使導(dǎo)電性及分散 性大大提高的多壁碳納米管。
[0008] 但是，本發(fā)明所要解決的問題并不局限于以上所述的問題，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員可從以下的記載中明確地理解未提及的其他問題。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明的一實施方式提供多壁碳納米管，上述多壁碳納米管由以下式（1)表示的 按每lg催化劑生長的碳納米管的體積除以lg催化劑的體積的值為30以上。
[0011] Vt/c=(fftX Tt)/(ffcX Tc)(l)
[0012] 在上述式⑴中，γ t=l/pt、γ el/PuWt為能夠以單位催化劑（lg)生長的碳納米 管的重量，W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg，pt為碳納米管的表觀密度， P。為催化劑的表觀密度。
[0013] 本發(fā)明的再一實施方式提供多壁碳納米管，上述多壁碳納米管的特征在于，表面 積為400~1000m2/g。例如，多壁碳納米管的上述表面積為400~1000m 2/g，優(yōu)選為500~ 1000m2/g，更優(yōu)選為600~1000m2/g，但并不局限于此。
[0014] 本發(fā)明的另一實施方式提供含有多壁碳納米管的復(fù)合體。尤其，復(fù)合體可包含0.5 重量百分比以上的多壁碳納米管，由此可具有導(dǎo)電性，復(fù)合體的基質(zhì)可以為聚合物、陶瓷、 金屬或它們的混合物。
[0015] 本發(fā)明的還有一實施方式提供包括多壁碳納米管的能量儲存裝置。
[0016] 本發(fā)明的又一實施方式提供碳納米管生長用板狀催化劑，上述碳納米管生長用板 狀催化劑包含選自由？6、(：〇、0&、附及此組成的組中的一種以上成分，并包含選自由此、八1、 Mg及Si組成的組中的一種以上成分，上述碳納米管生長用板狀催化劑具有由以下化學(xué)式1 表示的組成比，上述碳納米管生長用板狀催化劑的表觀密度為0.05~0.07g/ml，在由以下 式（2)表示的按每lg催化劑生長的多壁碳納米管的體積除以lg催化劑的體積的值為30以 上。
[0017] 化學(xué)式1:
[0018] (Fea、C〇b、Cac、Ni<^M〇e)(Mnw、Al x、Mgy&Siz)
[0019] 在上述化學(xué)式1中，8、13、(3、(1、6、^7及2分別表示各元素的摩爾分率，0< &<10、0 <b< 10、0<c< 10、0<d< 10、0<e< 10、0<w<30、0<x<30、0<y<30、0<z<30，i2<a +b+c+d+e+w+x+y+z < 170、2 < a+b+c+d+e < 50、2 < w+x+y+z < 50。
[0020] Vt/c=(fftX Tt)/(ffcX yc)(2)
[0021] 在上述式(2)中，γ t=l/Pt、γ。=1/0。，11；為能夠以單位催化劑（lg)生長的碳納米 管的重量，W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg，p t為碳納米管的表觀密度， P。為催化劑的表觀密度。
[0022]本發(fā)明的又一實施方式提供比表面積為120m2/g以上的碳納米管生長用板狀催化 劑。
[0023] 本發(fā)明的又一實施方式提供包含板狀催化劑的碳納米管。在板狀催化劑的情況 下，具有如下優(yōu)點：與球形或針狀催化劑相比，上述板狀催化劑的比表面積寬，碳納米管可 在催化劑的上部面及下部面同時生長。
[0024] 本發(fā)明的又一實施方式提供碳納米管生長用板狀催化劑的制備方法，上述碳納米 管生長用板狀催化劑的制備方法包括:混合步驟(a)，將選自？^〇)、0 &、附及此的反應(yīng)前體 的一種以上成分與選自Mn、Al、Mg及Si的反應(yīng)前體的一種以上成分進(jìn)行混合來生成混合物； 以及步驟(b)，在400~900°C溫度下，對上述混合物進(jìn)行液滴噴霧并進(jìn)行燒成。
[0025]本發(fā)明的板狀催化劑的各個面可呈扁平的形狀或具有曲率的曲面形狀（彎曲形 狀），但并不局限于此。
[0026]有益效果
[0027] 利用本發(fā)明的催化劑制備方法制備而成的板狀催化劑的表觀密度非常小。即，與 重量相比，上述板狀催化劑的表面積非常寬，因而若利用這種催化劑合成碳納米管，則不僅 分散的能量少，而且在分散過程中長度受損的程度非常低，從而可維持高的導(dǎo)電性。
[0028] 利用本發(fā)明的制備方法制備而成的催化劑來合成的多壁碳納米管具有僅次于單 壁碳納米管(SWNT)的直徑，上述多壁碳納米管的壁(wall)的數(shù)量為3~10個且處于非常均 勻的狀態(tài)，并且，上述多壁碳納米管的比表面積大，從而呈現(xiàn)非常高的導(dǎo)電性。
[0029] 并且，利用本發(fā)明的催化劑來進(jìn)行生長的碳納米管具有98%以上的純度，從而可 利用相同量的催化劑來合成多數(shù)倍以上的量的多壁碳納米管。
【附圖說明】
[0030] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備而成的催化劑的掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope:SEM)圖像。
[0031] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備而成的多壁碳納米管的掃描電子顯微鏡及透射 電子顯微鏡（transmission electron microscope:TEM)圖像。
[0032] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例2制備而成的多壁碳納米管的掃描電子顯微鏡及透射 電子顯微鏡圖像。
[0033] 圖4為表示基于多壁碳納米管的含量的表面電阻的曲線圖。
[0034] 圖5為表示用于合成多壁碳納米管的催化劑的制備方法的簡要圖。
【具體實施方式】
[0035] 以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實例及實施例，以便本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員能夠容易實施。但是，本發(fā)明能夠以多種不同的方式實現(xiàn)，并不局限于在此說明 的實例及實施例。為了明確說明本發(fā)明，省略了與說明無關(guān)的部分。
[0036] 在說明書全文中，當(dāng)某一部分"包含"某種結(jié)構(gòu)要素時，這是在無特別相反的記載 的情況下，不是排除其他結(jié)構(gòu)要素，而是意味著還包含其他結(jié)構(gòu)要素。
[0037] 在本說明書中所使用的表示程度的術(shù)語"約"以在所涉及的意義上提示固有的制 備及物質(zhì)允許誤差時，在其數(shù)值中，或者與其數(shù)值接近的意義來使用，為了防止昧良心的侵 害人不當(dāng)?shù)乩帽阌诶斫獗景l(fā)明所涉及的準(zhǔn)確或絕對的數(shù)值的公開內(nèi)容而使用。并且，在 說明書全文中"~步驟"或者"~的步驟"并不意味著"用于~的步驟"。
[0038] 以下，參照附圖對本發(fā)明的實例及實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。但是本發(fā)明并不局限于 這些實例及實施例和附圖。
[0039] 本發(fā)明的一實施方式提供多壁碳納米管，上述多壁碳納米管由以下式（1)表示的 按每lg催化劑生長的多壁碳納米管的體積除以lg催化劑的體積的值為30以上。
[0040] Vt/c=(fftX Tt)/(ffcX Tc) (1)
[0041] 在上述式（1)中，γ t=l/pt、γ。=1/0。，11；為能夠以單位催化劑（lg)生長的碳納米 管的重量，W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg，Pt為碳納米管的表觀密度， P。為催化劑的表觀密度。
[0042] 本發(fā)明的再一實施方式提供多壁碳納米管，上述多壁碳納米管的特征在于，表面 積為400~1000m2/g。例如，多壁碳納米管的上述表面積為400~1000m 2/g，優(yōu)選為500~ l〇〇〇m2/g，更優(yōu)選為600~1000m2/g，但并不局限于此。這種變面積作為在非單壁碳納米管的 多壁碳納米管中曾未觀察到的寬的表面積，這種表面積的原因在于，利用本發(fā)明的催化劑 進(jìn)行生長的碳納米管具有多壁，但是壁的數(shù)量少且碳納米管的直徑小。
[0043] 在本發(fā)明的一實例中，其特征在于，多壁碳納米管的直徑為3~10nm，壁的數(shù)量為3 ~10個，但并不局限于此。例如，上述多壁碳納米管的直徑為3~10nm，優(yōu)選為3~6nm，更優(yōu) 選為3~5nm，上述多壁碳納米管的壁的數(shù)量為3~10個，優(yōu)選為3~6個，更優(yōu)選為3~5個。
[0044] 在本發(fā)明的一實例中，本發(fā)明的特征在于，多壁碳納米管的純度為98%以上，但并 不局限于此。
[0045] 本發(fā)明的另一實施方式提供包含多壁碳納米管的復(fù)合體。尤其，復(fù)合體可包含0.5 重量百分比以上的多壁碳納米管，由此可具有導(dǎo)電性，復(fù)合體的基質(zhì)可以為聚合物、陶瓷、 金屬或它們的混合物。上述聚合物可以為熱塑性聚合物或熱固性聚合物，但并不局限于此。
[0046] 熱塑性樹脂作為可塑性聚合物或變形性聚合物，可溶解為液體，固化之后還重新 溶解來實現(xiàn)再成型。例如，作為熱塑性樹脂可使用丙烯酸樹脂、氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹 月旨、乙烯基乙酰樹脂、甲基丙烯酸甲酯樹脂、苯乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂或聚酰胺 樹脂(尼龍)等，但并不局限于此。
[0047] 熱固性樹脂作為若施加能量就固化成強(qiáng)力的形態(tài)的聚合物原材料，若一旦固化， 就無法重新加熱或進(jìn)行成型。例如，作為上述熱固性樹脂可使用酚醛樹脂、尿素樹脂、三聚 氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰胺樹脂、醇酸樹脂或硅樹脂等，但 并不局限于此。
[0048] 在碳納米管導(dǎo)電性復(fù)合體的導(dǎo)電率中，通常在多壁碳納米管的情況下，在約1~2 重量百分比的含量下，發(fā)生電滲透(percolation)。在作為非常低的濃度的0.5重量百分比 下，本發(fā)明的多壁碳納米管也呈現(xiàn)導(dǎo)電性。例如，利用其的導(dǎo)電性復(fù)合體可利用于散裝型 (bulk type)復(fù)合體、薄膜型復(fù)合體、能源領(lǐng)域及電子電器領(lǐng)域，具體地，還可利用為利用于 電子元件防靜電及靜電分散用塑料、擁有電磁波屏蔽及散熱特性的塑料、利用于有機(jī)發(fā)光 二極管(0LED)和太陽能電池的導(dǎo)電性透明電極、鋰離子電池添加劑以及還可利用為混凝土 強(qiáng)化及散熱用碳納米管復(fù)合體，但并不局限于此。
[0049] 本發(fā)明的還有一實施方式提供包括多壁碳納米管的能量儲存裝置。包含多壁碳納 米管的碳材料作為左右能量儲存裝置的性能的非常重要的物質(zhì)，例如，作為利用其的能源 儲存裝置有一次電池、二次電池、超級電容器（super-capacitor )、燃料電池、太陽能電池， 但并不局限于此。
[0050] 本發(fā)明的又一實施方式提供碳納米管生長用板狀催化劑，上述碳納米管生長用板 狀催化劑包含選自由？6、0)、0 &、附及1〇組成的組中的一種以上成分（優(yōu)選為兩種以上成 分），并包含選自由Mn、Al、Mg及Si組成的組中的一種以上成分(優(yōu)選為兩種以上成分），上述 碳納米管生長用板狀催化劑具有由以下化學(xué)式1表示的組成比，上述碳納米管生長用板狀 催化劑的表觀密度為0.05~0.07g/ml，在由以下式(2)表示的按每lg催化劑生長的碳納米 管的體積除以Ig催化劑的體積的值為30以上。
[0051] 化學(xué)式1:
[0052] (Fea、Cob、Cac、Ni f^Moe)(Mnw、Alx、Mg>^Si z)
[0053] 在上述化學(xué)式1中，8士、(3、(1^、1、1、7及2分別表示各元素的摩爾分率，0< &<10、0 <b< 10、0<c< 10、0<d< 10、0<e< 10、0<w<30、0<x<30、0<y<30、0<z<30，i2<a +b+c+d+e+w+x+y+z < 170、2 < a+b+c+d+e < 50、2 < w+x+y+z < 50。
[0054] Vt/c=(fftX yt)/(ffcX yc) (2)
[0055] 在上述式(2)中，γ t=l/pt、γ c=l/pc，Wt為能夠以單位催化劑（lg)生長的碳納米 管的重量，W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg，Pt為碳納米管的表觀密度， P。為催化劑的表觀密度。
[0056] 在本發(fā)明的一實例中，例如，上述催化劑可包含選自作為包含鐵(Fe)成分的四水 合氯化亞鐵（11'011(11)(3111〇1'1(16七6以3117(1^七6)、七水合硫酸亞鐵（11'011(11)8111€&七6 heptahydrate)、無水三氯化鐵（Iron (III)chloride anhydrous)、九水合硝酸鐵（Iron (Ill)nitrate nonahy drat e )及十二水合硫酸鐵鞍（Ammonium iron(III)sulfate dodecahydrate );作為包含鈷（Co )的物質(zhì)的四水合乙酸亞鈷（Cobal t (11 )acetate 七6以&117(1^七6)、六水合二氯化鈷（〇(^&1以11)(3111〇1'1(16 1161&117(1^七6)、六水合硝酸鈷 (Cobalt(II)nitrate hexahydrate)及七水合硫酸鈷（Cobalt(II)sulfate heptahydrate);作為包含鈣(ca)的物質(zhì)的一水乙酸鈣(Calcium acetate monohydrate)、 無水氯化鈣（Calcium chloride an hydrous)、四水合硝酸 鈣（Calcium nitrate tetrahydrate)及二水合硫酸鈣(Calcium sulfate dihydrate);作為含鎳(Ni)的物質(zhì)的六 水合氯化鎮(zhèn)(Nickel (II )chloride hexahydrate)、六水合硝酸鎮(zhèn)(Nickel (II )nitrate hexahydrate)、六水合硫酸鎮(zhèn)（Nickel (II) sulfate hexahydrate)及四水合鉬酸鞍 (Ammonium molybdate tetrahydrate);作為包含猛（Μη)的物質(zhì)的四水合乙酸猛 (Manganese (11 )acetate tetrahydrate)、四水合氯化猛（Manganese (II) chi or ide tetrahydrate)、六水合硝酸猛(Manganese( II )nitrate hexahydrate)及一水硫酸猛 (Manganese (II)sulfate monohydrate);作為包含錯（A1)的物質(zhì)的六水合氯化錯 (Aluminium chloride hexahydrate)、氫氧化錯（Aluminium hydroxide)、異丙酉享錯 (Aluminium isopropoxide)及九水合硝酉愛錯（Aluminium nitrate nonahydrate);作為包 含鎂(Mg)的物質(zhì)的四水合乙酸鎂(Magnesium acetate tetrahydrate)、六水合氯化鎂 (Magnesium chloride hexahydrate)、氫氧化儀(Magnesium hydroxide)、六水合硝酉愛儀 (Magnesium nitrate hexahydrate)及無水硫酉愛儀(Magnesium sulfate anhydrous);作為 包含娃（Si )的物質(zhì)的二氧化娃（Silicon dioxide)、碳化娃（Silicon carbide)、娃 (Silicon)、娃（IV) (Silicon(IV))氯化物(chloride)及它們的組合組成的組中的催化劑， 但并不局限于此。
[0057]本發(fā)明的又一實施方式提供比表面積為120m2/g以上的碳納米管生長用板狀催化 劑。利用本發(fā)明的按每lg催化劑生長的碳納米管的體積除以lg催化劑的體積的值為30以上 的碳納米管生長用板狀催化劑，來增大活性反應(yīng)面積，從而可大量生產(chǎn)比表面積寬的碳納 米管。利用本發(fā)明的比表面積寬的催化劑來合成而成的碳納米管具有低的分散能量及高的 導(dǎo)電性。
[0058] 本發(fā)明的又一實施方式提供包含板狀催化劑的碳納米管。在上述板狀催化劑的情 況下，具有如下優(yōu)點：與球形或針狀催化劑相比，上述板狀催化劑的表面積寬，碳納米管可 在催化劑的上部面及下部面同時生長，從而可提高碳納米管的生產(chǎn)量。
[0059] 本發(fā)明的又一實施方式提供碳納米管生長用板狀催化劑的制備方法，上述碳納米 管生長用板狀催化劑的制備方法包括:混合步驟(a)，將選自？^〇)、0 &、附及此的反應(yīng)前體 的一種以上成分與選自Mn、Al、Mg及Si的反應(yīng)前體的一種以上成分進(jìn)行混合來生成混合物； 以及步驟(b)，在400~900°C溫度下，對上述混合物進(jìn)行液滴噴霧并進(jìn)行燒成。在上述步驟 (a)之后進(jìn)行步驟(b )，例如，對上述混合物進(jìn)行液滴噴霧的高溫的范圍為400~900 °C，優(yōu)選 為400~700 °C，更優(yōu)選為400~500 °C。
[0060] 以下，利用實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不局限于此。
[0061 ] 實施例
[0062]
[0063] 實施例1
[0064] 在100ml的水中投入Mg(N03)2 · 6H2〇和A1C13 · 6H2〇之后，進(jìn)行攪拌，使得A1和Mg的 摩爾數(shù)之和成為16,投入Fe(N03)2 · 9H2〇和C〇(N03)2 · 6H2〇之后，進(jìn)行攪拌，使得Fe和Co的摩 爾數(shù)之和成為5。之后，在400~900 °C溫度下，對上述混合物進(jìn)行液滴噴霧并進(jìn)行燒成，從而 獲取催化劑。
[0065] 實施例2
[0066] 使用與實施例1中記載的方法相同的制備方法，并將A1和Mg的摩爾數(shù)之和改變?yōu)?20來制備了金屬催化劑。
[0067] 制備例1
[0068] 在碳源氣體及惰性氣體條件下，利用上述實施例1的已獲取的催化劑，通過將反應(yīng) 器的溫度升溫為400~1200°C的氣相沉積法來制備了碳納米管。
[0069] 制備例2
[0070] 在碳源氣體及惰性氣體條件下，利用上述實施例2的已獲取的催化劑，通過將反應(yīng) 器的溫度升溫為400~1200°C的氣相沉積法來制備了碳納米管。
[0071] 在制備例1及制備例2中，作為為了制備碳納米管而使用的反應(yīng)器可使用配置式反 應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器等，作為流化床反應(yīng)器可使用環(huán)形的流化床反應(yīng)器，但 并不局限于此。
[0072] 根據(jù)實施例1及實施例2制備了比表面積最大化的微粒子的板狀催化劑。
[0073] 圖1為根據(jù)實施例1制備而成的催化劑的掃描電子顯微鏡圖像。布魯諾爾-埃米特-泰勒(BET，Brunauer Emme11 Te 11 er)比表面積測定結(jié)果為142m2/g，催化劑的表觀密度適 用了韓國產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(KS M ISO 1306)。
[0074] 即，為了測定表觀密度，在直徑為100± 10mm，在規(guī)定的高度的直壁中無子口，當(dāng)完 全填滿時，與具有1000cm3的容量的氣缸型容器的邊緣進(jìn)行比較，在不高于50mm以上的高度 上，向容器的中間部分添加催化劑，此時使用了過量的催化劑，使得制備高于容器的邊緣的 圓錐形。將直尺或勺子以水平的方式相對于容器的邊緣呈直角且無縫地相接觸之后掃一次 而填平表面，并與催化劑一同測定了重量。減去氣缸的重量，來以最靠近的g數(shù)來確定了催 化劑的質(zhì)量。
[0075] 根據(jù)如上所述測定的實施1及實施例2制備而成的催化劑的表觀密度分別為 0·05g/ml和0·02g/ml。
[0076] 利用根據(jù)上述實施1及實施例2制備而成的催化劑，來制備制備例1及制備例2的多 壁碳納米管，此時，按每lg催化劑合成而成的碳納米管的量分別為90g和80g。
[0077] 利用制備例1及制備例2合成而成的多壁碳納米管的表觀密度（根據(jù)KS M ISO 1306測定)為0.01g/ml，利用透射電子顯微鏡測定的碳納米管的直徑為5~8nm。
[0078] 純度呈現(xiàn)98%以上，純度的測定適用了韓國產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(灰分含量KS M ISO 1125)。
[0079] 即，為了測定純度，在封閉的電爐中，將坩堝以550±25°C的溫度蓋蓋子來進(jìn)行加 熱之后，將坩堝和蓋子放入干燥器。冷卻至室溫，并將重量測定至O.lmg。在125°C的干燥器 中，將略超過2g的碳納米管干燥1小時之后，冷卻至室溫。將碳納米管放入于已測定重量的 坩堝，來將重量測定至O.lmg，并且將碳納米管放入于800±25°C的電爐內(nèi)打開蓋子進(jìn)行加 熱至使碳納米管成為規(guī)定量為止。蓋蓋子之后向干燥器移動來冷卻至室溫之后，將重量測 定至O.lmg為止。清洗坩堝和蓋子，在125°C的干燥器內(nèi)進(jìn)行干燥之后，將重量再測定至 0. lmg〇
[0080] 利用制備例1及制備例2合成而成的多壁碳納米管的布魯諾爾-埃米特-泰勒比表 面積均為600m2/g，各個體積重量比(V t/。)呈現(xiàn)450和160。在利用制備例1所生成的多壁碳納 米管中，利用單位催化劑(lg)所生長的碳納米管的體積重量比(V t/。)為450是指相對于單位 催化劑lg具有的體積所生長的多壁碳納米管的體積成為450倍。
[0081] 即，單位催化劑lg的體積為20ml，因而是指利用板狀催化劑來進(jìn)行生長的多壁碳 納米管的體積為9000ml(9Liter)。
[0082] 圖2及圖3分別表示根據(jù)制備例1及制備例2制備而成的碳納米管的掃描電子顯微 鏡及透射電子顯微鏡圖像。由此可確認(rèn)，利用500μηι、50μηι、1μηι、20μηι的比例尺測定的碳納米 管。
[0083] 圖4作為表示根據(jù)使用本發(fā)明的催化劑來進(jìn)行生長的多壁碳納米管的含量的復(fù)合 體的表面電阻的曲線圖，為了確認(rèn)導(dǎo)電性而進(jìn)行測定。利用雙螺桿擠壓機(jī)（twin screw extruder)來使所制備的多壁碳納米管的含量不同，從而制備了尼龍66/多壁碳納米管復(fù)合 體。
[0084] 如圖4所示，可知如下：從0.5重量百分比的多壁碳納米管含量起復(fù)合體開始呈現(xiàn) 導(dǎo)電性，隨著多壁碳納米管的含量增加，復(fù)合體的導(dǎo)電性急劇變高(隨著多壁碳納米管的含 量的增加呈現(xiàn)表面電阻的急劇地減少）。
[0085] 利用本發(fā)明的催化劑合成的分散性高的多壁碳納米管在低的含量(0.5重量百分 比）下，在聚合物基質(zhì)內(nèi)也呈現(xiàn)高的導(dǎo)電性。
[0086] 圖5為表示用于合成多壁碳納米管的催化劑的制備方法的簡要圖。
[0087] 如上所述，利用本發(fā)明的催化劑制備方法制備而成的催化劑(板狀催化劑）的表觀 密度非常小。即，相對于重量表面積非常寬，從而可增大多壁碳納米管的生產(chǎn)量，當(dāng)進(jìn)行分 散時，利用這種催化劑來合成的多壁碳納米管不僅分散能量少，而且在分散過程中長度受 損的程度非常低，從而可維持高的導(dǎo)電性。
[0088] 并且，利用本發(fā)明的制備方法制備而成的催化劑來合成的高純度的多壁碳納米管 具有僅次于單壁碳納米管的直徑，上述多壁碳納米管的壁的數(shù)量為3~10個且處于非常均 勻的狀態(tài)，并且，上述多壁碳納米管的表面積大，從而呈現(xiàn)非常高的導(dǎo)電性。
[0089]上述的本發(fā)明的說明用于例示，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解可 以在不變更本發(fā)明的技術(shù)思想或必要特征的情況下，以其他不同的具體方式來容易實施變 形。因此，要理解的是，以上所述的實施例在所有方面均為例示，而并非限定。
[0090] 應(yīng)解釋為本發(fā)明的范圍通過上述的發(fā)明要求保護(hù)范圍來示出，而不是通過上述的 詳細(xì)說明來示出，其發(fā)明要求保護(hù)范圍的意義及范圍以及從其同等概念導(dǎo)出的所有變更或 所變形的方式包括在本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種多壁碳納米管，其特征在于，由以下式（1)表示的按每lg催化劑生長的碳納米管 的體積除以1 g催化劑的體積的值為30以上， Vt/c=(fftX Tt)/(ffcX Tc) (1) 在上述式（1)中，yt=l/pt、yc=l/pc， Wt為能夠以lg的單位催化劑生長的碳納米管的重量， W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg， pt為碳納米管的表觀密度，p。為催化劑的表觀密度。2. -種多壁碳納米管，其特征在于，表面積為400~1000m2/g。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多壁碳納米管，其特征在于，上述多壁碳納米管的直徑為3 ~10nm，壁的數(shù)量為3~10個。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多壁碳納米管，其特征在于，純度為98%以上。5. -種復(fù)合體，其特征在于，包含權(quán)利要求1或2所述的多壁碳納米管。6. -種能量儲存裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的多壁碳納米管。7. -種碳納米管生長用板狀催化劑，其特征在于， 上述碳納米管生長用板狀催化劑包含選自由？^0)、0&、附及此組成的組中的一種以上 成分，并包含選自由Mn、Al、Mg及Si組成的組中的一種以上成分， 上述碳納米管生長用板狀催化劑具有由以下化學(xué)式1表示的組成比， 上述碳納米管生長用板狀催化劑的表觀密度為0.05~0.07g/ml， 在由以下式(2)表示的按每lg催化劑生長的碳納米管的體積除以lg催化劑的體積的值 為30以上， 化學(xué)式1: [Fea、C〇b、Cac、Nid&Moe][Mnw、Alx、]\fe^S_Si z] 在上述化學(xué)式1中，a、b、c、d、e、w、x、y及z分別表示各元素的摩爾分率， 0<a<10、0<b< 10、0<c< 10、0<d< 10、0<e< 10、0<w<30、0<x<30、0<y <30、0 < z < 30，且2 < a+b+c+d+e+w+x+y+z < 170、2 < a+b+c+d+e < 50、2 < w+x+y+z < 50， Vt/c=(fftX Tt)/(ffcX Tc) (2) 在上述式(2)中，yt=l/pt、yc=l/pc， Wt為能夠以lg的單位催化劑生長的碳納米管的重量， W。為單位催化劑的重量，上述單位催化劑的重量為lg， pt為碳納米管的表觀密度，p。為催化劑的表觀密度。8. -種碳納米管生長用板狀催化劑，其特征在于，比表面積為120m2/g以上。9. 一種碳納米管，其特征在于，包含權(quán)利要求7或8所述的碳納米管生長用板狀催化劑。10. -種碳納米管生長用板狀催化劑的制備方法，其特征在于，包括： 混合步驟(a)，將選自？6、(：〇、0&、附及此的反應(yīng)前體的一種以上成分與選自此^1、1%及 Si的反應(yīng)前體的一種以上成分進(jìn)行混合來生成混合物；以及 步驟(b)，在400~900°C溫度下，對上述混合物進(jìn)行液滴噴霧并進(jìn)行燒成。
【文檔編號】B01J23/02GK105873679SQ201580003474
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月5日
【發(fā)明人】康得柱, 金周希, 金周植
【申請人】杰歐有限公司