化学气相沉积法生产二氧化钛纳米管的研究及应用

２０１７年第１５期　

第４４卷总第３５３期　广　东　化　工　

ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｒｎ　】３７　

化学气相沉积法合成碳纳米管研究进展　

苏嗥光　２　

（１．宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室，宁夏银川７５００２１：２．宁夏大学化学化工学院，宁夏银川７５００２１）　

［摘　要】碳纳米管南于其独特的结构和优异的电学、光学、力学、热学等物理化学性能，在材料、电子器件、传感器、催化剂和能源等领域　

具有广泛的应用前景，但是如何低成本批摄制备高品质的碳纳米管是实现碳纳米管大规模应用的关键　本文综述了近年来化学气相沉积法合成　

碳纳米管的研究进展，表明化学气相沉积法是大规模可控制备碳纳米管最有效的方法，并对其未来的发展方向进行了分析和展望。　

［关毽词　纳米管：化学气相沉积法；可控制各；催化剂　

【中图分类号ｊＴＢ３４　［文献标ｉ，ｑ￣ｑｌＡ　［文章编￣］１００７—１８６５（２０１７）１５—０１３７一（１２　

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｂｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　

Ｓｕ　Ｗｅｉｇｔｔａｎｇ　！　

（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＨｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆＣｏａｌ　ａｎｄ　Ｇｒｅｅｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ　７５００２　

２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ　７５００２　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｈａｖｅ　ｕｎｉｑｕｅ　ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａ１．ｏｐｔｉｃａ１．ｍｅｃｈａｎｉｃａ１．ｔｈｅｒｍａ１　ａｓ　ｗ＇ｅｌｌ　ａｓ　ｏｔｈｅｒ　ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．　ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅ　ｔｈｅｍ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆ０ｒ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｓ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｃｈｅｍｉｃａ１　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｅｒｉｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．１￣ｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ．ｓｃａｌｅ　

化学气相沉积法制备碳纳米管

材料化学专业

制备原料

碳源多为乙烯或者乙炔；催化剂颗粒多为亲碳的、过渡金属的纳米粒子如铁、镍、镁、钼等。

制备工艺

在高温条件下碳源气体在过渡金属纳米颗粒的催化作用下分解，碳原子在催化剂例粒子中熔解、饱和。在催化剂粒子中饱和并析出碳形成了小管状的碳固体即碳纳米管。

碳纳米管的性能

力学性能：

碳纳米管中碳原子采取SP2杂化S轨道成分比较大，使其具有高模量、高强度，具有优异的力学性能。理想的碳纳米管的抗拉强度可高达100GPa。一般碳纳米管的抗拉强度可达50-200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量高达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。不同的SP2和SP3杂化几率使碳纳米管其表现出优良的弹性，柔韧性，易拉伸，十分柔软，同时它还具有与金刚石相当的硬度和极大的长径比，可以作为理想的高强度纤维材料，被称为未来的“超级纤维”。

导电性能：

碳原子最外层有4个电子，碳纳米管具有类石墨结构，石墨的每个碳原子最外层的三个电子与三个最邻近的碳原子以SP2杂化，呈现层状结构。碳原子的另一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，碳纳米管具有石墨的良好导电性能。碳纳米管由石墨片卷曲而来，其导电性能由石墨片的卷曲方式决定，即导电性能取决于它的管径和手性。不同手性的碳纳米管可分别呈现金属性、半导体性。给定的碳纳米管的手性矢量Ch=na1+ma2，若n．m=3k(k为整数)，那么该方向碳纳米管呈现金属性，可视为良好的导体。其中，若n=m，碳纳米管电导率可高达铜的l万倍，导电性极好。当n．m不等于3k(k为整数)时，该方向碳纳米管视为半导体。另外，在碳纳米管的管壁上往往有成对的五元环和七元环出现，这些缺陷会导致新的导电行为，为碳纳米管的导电性做贡献。

传热性能：

碳纳米管的类石墨结构使得其具有良好的传热性能，另外，准一维结构使得沿着碳纳米管轴向方向的热交换极易进行，由此，可以通过制备定向的碳纳米管阵列从而获得某个方向热传导性能极好的产品。要想获得某些特定方向上热传导性能优异的产品，需要在制备碳纳米管时通过适当地改变实验条件或调整各项参数等来控制产物的取向。

化学气相沉积法制备碳纳米管原理

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summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know

different data formats and writing methods, please pay attention!化学气相沉积法是一种常用的制备碳纳米管的方法，其原理是在高温下将碳源气体分解成碳原子，然后在催化剂的作用下，将这些碳原子重新排列形成碳纳米管。这种方法具有操作简单、成本较低、生产效率高等优点，因此在碳纳米管的制备中被广泛应用。

碳纳米管的制备过程可以分为以下几个步骤。

1. 气相混合。在反应室中充入碳源气体和载气，如乙炔、乙烯等碳氢化合物；然后加热反应室，使气体达到一定的温度。

论文选萃　

Ｔｈｅｓｉｓ　

【摘要】作为一种重要的无机功能材料，纳米Ｔｉ０　以其优异的性能　

在精细陶瓷、屏蔽紫外线、半导体材料，光催化材料及环保等领域有　着越来越广泛的应用。探寻优良的ＴｉＯ。制备工艺已成为当前相关研究的　

热点，本文对目前纳米二氧化钛常见的制备方法，包括气相法，液相　

法及固相法进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，　

最后展望了今后的发展方向。　【关键词】纳米Ｔ　ｉ　Ｏ　；制备；气相法；固相法；进展　

纳米ＴｉＯ，是一种新型的无机功能材料，其粒径在１～１００ｎｍ之间，　具有比表面积大、表面活性高、分散性好等特点，表现出独特的物理化学　

性质…。　纳米ＴｉＯ　最初的应用是在精细陶瓷、屏蔽紫外线、半导体材料、光　

催化材料　等方面，由于具有光催化活性高、稳定性好、对人体无毒、价　

格低廉等优点，其应用领域至今扩展至有机废水降解、重金属离子还原、　

空气净化、杀菌、防雾等诸多领域　｛。因此，通过控制材料合成条件，开　发先进生产工艺，制得纯度高、粒径小、力度分布窄的纳米ＴｉＯ，已成为　当前相关交叉学科研究中最活跃的领域之一。　

目前，国内外纳米ＴｉＯ，的合成工艺根据其反应物系的物理形态一般　

分为气相法、液相法和固相法等三类　】。本文对目前全世界研究最多、应　

用最广的纳米ＴｉＯ　制备技术进行了详细的分析和比较，并展望了该领域　

今后的发展方向，以期为相关的研究工作提供参考。　

１气相法　

气相法一般是通过加热等手段先将金属钛的卤化物、金属有机钛化合　

物等前体气化，使其在气相条件下发生物理或化学变化，然后在冷却过程　

中成核、生长，最后形成纳米ＴｉＯ　。主要包括化学气相沉积法、物理气　

相沉积法和化学气相水解法。　１。１化学气相沉积法　

化学气相沉积法（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）是利用挥　

发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。用ＣＶＤ法制备的　

ＴｉＯ，超细粒子具有纯度高、粒度细、化学活性强、表面活性大、单分散　性好、凝聚粒子少等特点。除能制备氧化物外，该法还能制备碳化物、氮