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碳纳米管制备及其应用前沿碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有优异的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景。
接下来将从制备方法和应用前沿两个方面进行介绍和探讨。
一、碳纳米管的制备方法目前，制备碳纳米管的方法主要包括电弧放电、激光脱附、化学气相沉积、碳原子沉积和碳纳米管模板法等。
其中，化学气相沉积是目前较为常用的制备方法。
化学气相沉积法是在高温下，使含碳气体在催化剂表面上裂解，生成碳纳米管，并通过合适的控制方法，调节管子的直径、壁厚等性质。
此外，在催化剂上引入其他金属元素，如铁、镍等，还可以得到多壁碳纳米管、碳纳米带和碳纳米球等不同形态的碳纳米材料。
二、碳纳米管的应用前沿(一)能源储存碳纳米管具有极高的表面积和优异的电化学性能，已被广泛地应用于电池、超级电容器等领域。
例如，在锂离子电池中，将碳纳米管作为电极，可以大幅提高电极的比表面积、导电性能和循环寿命。
在超级电容器中，由于碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，被广泛应用于电容的电极材料。
(二)催化剂由于碳纳米管的高比表面积和优异的催化性能，已成为新一代高效的催化剂材料。
例如，在氢能源领域，碳纳米管可以作为催化剂在反应中转化氢气，从而推进氢能源的发展。
同时，碳纳米管还可以用于金属催化剂的支撑材料，以提高催化剂的催化效率和稳定性。
(三)生物传感器碳纳米管还可以用于生物传感器的制备，具有极高的灵敏度和选择性。
例如，在血糖检测中，将碳纳米管复合在臂带上，可以使用手机APP通过检测臂带的信号来进行血糖测量。
(四)纳米电子学由于碳纳米管的导电性能和尺寸效应，在纳米电子学领域也有广泛的应用。
例如，碳纳米管可以用作场效应管的电极材料，制备高性能的纳米电子器件。
总之，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，在能源储存、催化剂、生物传感器、纳米电子学等领域都有着广阔的应用前景。
随着技术的不断成熟和进步，相信碳纳米管在更多领域将会有更广泛的应用。
(54)发明名称碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用(57)摘要本发明提供了一种碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用，该制备方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将固体成分在煅烧，制得碳纳米管催化剂。
该方法制得的碳纳米管催化剂，可以利用可见光‑芬顿协同氧化，实现光生电子和空穴的高效分离，有效提高光催化剂的可见光利用率和催化活性，而且便于回收和循环使用。
C N 115555042 A1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，在650‑750℃下煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将所述氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热至180‑220℃，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将所述固体成分在280‑320℃煅烧，制得所述碳纳米管催化剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述氮源包括三聚氰胺和尿素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机醇包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和正戊醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：获得所述氮掺杂碳纳米管煅烧时，在氮气或惰性气体气氛下煅烧，煅烧内升温速度为5‑10℃/min，煅烧时间为0.9‑1.1h。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：对所述固体成分干燥时，采用真空干燥箱在60‑70℃下干燥11‑13h。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述固体成分煅烧时间为2.9‑3.1h。
碳纳米管制备及其在催化反应中的应用随着人们对环保意识的不断提高和能源安全问题的日益突出，新能源的研究和成果引起了广泛关注。
而催化反应作为新能源研究领域中十分重要的一项技术，受到了越来越多的关注和重视。
在催化反应中，碳纳米管作为催化剂的应用越来越受到研究者们的推崇。
那么，碳纳米管制备及其在催化反应中的应用又有哪些优势呢？一、碳纳米管制备的方法碳纳米管制备的方法通常有三种：电化学氧化还原法、化学气相沉积法和化学液相沉积法。
电化学氧化还原法是将碳纤维浸泡在电解质溶液中进行电化学反应，从而得到碳纳米管。
化学气相沉积法是利用气体反应生成碳纳米管，需要高温且操作难度大。
化学液相沉积法是在有机溶剂中加入碳源和催化剂，通过化学反应合成碳纳米管，需要的温度较低，操作简便。
二、碳纳米管在催化反应中的应用碳纳米管具有高比表面积、优异的电导率和高度的化学稳定性等一系列优秀的物理和化学性质，所以被广泛应用于各种催化反应中。
以下是碳纳米管在催化反应中的应用案例：1. 碳纳米管作为催化剂应用于杂环合成反应中。
杂环化合物具有广泛的生物活性，可应用于制药和农业领域。
碳纳米管由于其高度的稳定性和良好的催化活性，被广泛应用于杂环合成反应中。
研究结果表明，采用碳纳米管作为催化剂可以获得较高的收率和选择性，因此碳纳米管在杂环合成反应中有着广泛的应用前景。
2. 碳纳米管作为催化剂应用于燃料电池中。
燃料电池是一种高效、环保的新型能源，碳纳米管由于其高度的导电性和良好的催化作用，在燃料电池中被广泛应用。
研究人员发现，采用碳纳米管作为燃料电池的阴极催化剂，可大幅提高燃料电池的效率和稳定性。
3. 碳纳米管作为载体应用于纳米催化反应。
纳米催化反应是一种高效、环保的新型反应，因为其催化效率高、催化剂用量小，因此受到广泛关注。
而碳纳米管由于其高度的化学稳定性和优良的载体作用，被广泛用作纳米催化反应的载体。
研究表明，碳纳米管作为载体可以显著提高催化剂的稳定性和活性，因此在纳米催化反应中具有广泛的应用前景。
碳纳米管材料的制备与应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，在诸多领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨碳纳米管材料的制备方法以及其在不同领域的应用。
首先，我们将介绍碳纳米管的制备方法。
目前，碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法及其变种、电弧放电法、激光烧蚀法等。
其中，化学气相沉积法是一种较为常用的方法。
该方法通过在合适的温度下将碳源气体（如乙炔、甲烷等）导入反应室中，通过催化剂的作用，在金属衬底上生长碳纳米管。
此外，还可以通过电弧放电法在适当的实验条件下，将碳电极进行高温放电，从而制备碳纳米管。
激光烧蚀法是一种通过激光加热石墨杆或石墨粉，使其产生高温、高压等条件，从而生成碳纳米管的方法。
不同的制备方法可以得到不同形貌和尺寸的碳纳米管，满足不同应用需求。
接下来，我们将讨论碳纳米管在材料科学、电子学和生物医学等领域的应用。
在材料科学领域，碳纳米管因其高强度、良好的导电性和导热性等特性，可以用于制备高性能的复合材料。
例如，将碳纳米管与聚合物复合，可以显著提升复合材料的强度和导电性。
此外，碳纳米管也可以用作电极材料，应用于锂离子电池、超级电容器等能源领域。
在电子学领域，碳纳米管的纳米尺寸和优异的电子输运性能使其成为一种理想的纳米电子器件材料。
碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）等器件因其极低功耗和高速运算能力，被广泛研究和应用于集成电路等领域。
在生物医学领域，碳纳米管具有较大的比表面积，具有良好的载药性能，被广泛应用于生物传感、药物输送等领域。
例如，通过功能化修饰，碳纳米管可以被用作药物的载体，实现精确控制的药物释放。
此外，碳纳米管还具有其他许多应用潜力。
例如，碳纳米管在环境污染治理方面有着重要的应用价值。
由于其独特的吸附性能和高比表面积，可以用于水体和空气中有害物质的吸附和分离。
此外，碳纳米管还可以作为催化剂载体，应用于化学催化等领域。
在机械强度方面，碳纳米管的强度远高于钢铁，因此也被广泛地研究应用于高强度材料的制备。
碳纳米管的制备方法和应用领域碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有独特的结构和特性，使其在科学研究和应用领域中具有巨大的潜力。
本文将简要介绍碳纳米管的制备方法和一些常见的应用领域。
碳纳米管的制备方法多种多样，其中较为常见的方法包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）、电弧放电法（Arc Discharge）和激光热解法（Laser Ablation）。
CVD法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一，其原理是使用金属催化剂在特定温度和气氛下将碳气体进行催化裂解，从而生成碳纳米管。
而电弧放电法则是通过高压电弧放电在碳电极上产生高温和高压条件，使碳原子逸出并形成碳纳米管。
激光热解法则是利用激光加热碳源使其发生剧烈挥发，形成碳纳米管。
碳纳米管具有多种独特的物理和化学特性，使得其在许多应用领域都有广泛的应用。
在材料科学领域，碳纳米管可以作为增强剂加入到复合材料中，显著提高复合材料的机械强度和热导率。
同时，碳纳米管还可以用于制备导电膜、传感器、超级电容器等。
在能源领域，碳纳米管可以用作锂离子电池、燃料电池和超级电容器等的电极材料，具有高能量密度和良好的循环性能。
此外，由于碳纳米管具有良好的导电性和导热性，还在电子器件和导电性聚合物的领域有广泛的应用。
在生物医学领域，碳纳米管也具有潜在的应用价值。
由于其尺寸与细胞颗粒相似，并具有较好的生物相容性，在药物传输和生物成像等方面具有巨大的潜力。
例如，研究人员利用碳纳米管制备了具有良好药物控释效果的纳米药物载体，用于治疗癌症等疾病。
此外，碳纳米管还可以用于制备具有高灵敏度和高选择性的生物传感器，用于检测生物分子和细胞。
虽然碳纳米管在许多领域中具有广泛的应用潜力，但其制备方法仍然存在一些挑战和困难。
目前，制备具有高纯度和规模化的碳纳米管仍然是一个难题。
另外，碳纳米管的毒性和生物安全性问题也需要进一步研究和解决。
碳纳米管的合成和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。
本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。
一、碳纳米管的合成方法碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现，并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。
该方法是通过电弧放电在高温下制备，得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。
随后，人们发现在碳纳米管形成的高温条件下，化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。
通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。
此外，离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用需求选择合适的方法。
二、碳纳米管的结构特征碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。
SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管，直径在1-2nm左右；MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的，直径在10-30nm左右。
SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。
SWNTs具有高比表面积和高机械性能，同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。
MWNTs的壁层数越多，直径越大，内壁和外壁之间的距离也越大。
MWNTs的直径越大，其比表面积也越小，但其机械性能就越强。
MWNTs和SWNTs相比，其电导率、热导率和力学性能都要略低。
同时，MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理，应用更为广泛。
除了单壁和多壁两种结构外，根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型，如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。
碳纳米管的制备方法及其电催化性能研究碳纳米管是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料。
它在电化学领域中具有广泛的应用，如催化氧化还原反应、电化学能量存储和传感器等方面。
本文将就碳纳米管的制备方法及其电催化性能研究进行深入探讨。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法、电化学方法、热解法、溶剂热法、机械球磨法等。
其中，化学气相沉积法是最常用的方法之一，其制备过程如下：选择适当的碳源，在适当的载体上蒸发，并将这种碳源转化为碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的性质，如直径、长度、壁厚和结构等。
二、碳纳米管的电催化性能研究碳纳米管具有优异的电催化性能，是目前研究的热点。
在催化氧化还原反应中，碳纳米管的电催化活性很高，可以用于制备氧还原反应催化剂，如碳纳米管/铂合金催化剂。
研究表明，碳纳米管/铂合金催化剂的催化活性比普通铂催化剂高出许多。
除此之外，碳纳米管还可以用于电化学能量存储，如锂离子电池、超级电容器等。
在锂离子电池中，碳纳米管可以用作电极材料，具有高的电容量和长寿命。
同时，超级电容器中的电极材料也可以采用碳纳米管，具有高效的电催化催化性能和长寿命。
另外，碳纳米管还可以用于传感器的制备。
以电化学传感器为例，由于碳纳米管导电性强且表面积大，故其作为传感器电极材料具有更好的灵敏度和选择性。
研究表明，利用碳纳米管作为电极材料的传感器可以检测到低至微克进样量的大部分物质，如葡萄糖、酸、氨气等。
三、碳纳米管在实际应用中的现状目前，碳纳米管在实际应用中已经被广泛地应用于许多方面，如电化学催化、电化学能量存储、催化燃烧、传感器等。
其中，碳纳米管/铂合金催化剂已经被工业界应用于汽车尾气净化和直接甲醇燃料电池等。
此外，碳纳米管还可以用于医药领域，如药物递送、诊断和治疗等。
因此，碳纳米管具有广泛的应用前景和商业价值。
综上所述，碳纳米管作为一种优异的纳米材料，具有着极高的应用价值和商业潜力。
未来，随着相关技术的不断发展和完善，碳纳米管在各个领域中的应用前景将不断拓展和深化。
碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。
本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。
3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。
以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。
二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。
2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。
3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。
4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。
5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。
以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。
碳纳米管的制备与应用碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳元素构成的纳米材料，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于多个领域，如电子学、材料科学、能源储存等。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备方法1. 弧放电法：通过在一个单位大气压下的两个碳电极之间施加高电流和高电压，利用碳电极表面产生的高温和高热量，从而在电极上形成弧光放电，使得碳纳米管得以制备。
2. 化学气相沉积法：将碳源（如甲烷、乙腈等）和催化剂（如金属镍、铁等）同时输入到高温反应室中，通过热裂解反应，使碳源气体分解并在催化剂表面形成碳原子，最终形成碳纳米管。
3. 化学液相沉积法：将碳源和催化剂溶解在有机溶剂中，通过调节反应条件（如温度、反应时间等），使碳源中的碳原子在催化剂的作用下结晶生长为碳纳米管。
二、碳纳米管的应用领域1. 电子学：碳纳米管因其优异的电子输运性能被广泛应用于电子元件的制备。
其具有高电导率、高载流子迁移率和优异的机械强度，可用于制造高性能的场效应晶体管（FET）、集成电路、柔性电子等。
2. 材料科学：碳纳米管可以作为增强剂添加到金属基体中，提高材料的力学性能。
此外，碳纳米管还可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的吸附材料，广泛应用于气体吸附、催化剂载体等领域。
3. 能源储存：碳纳米管作为超级电容器材料具有高比电容和长循环寿命，可广泛应用于储能装置和电动车辆中。
此外，碳纳米管还可以用于锂离子电池电极材料的改性，提高电池的能量密度和循环寿命。
4. 生物医学：碳纳米管因其良好的生物相容性和荧光性能，在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管可以用作药物传递载体，通过改变管壁上的功能基团，实现对药物的控制释放；同时，其荧光性质还可用于生物分子探测和光热治疗等。
总结起来，碳纳米管作为一种新型纳米材料，在电子学、材料科学、能源储存和生物医学等领域具有广泛应用前景。
CVD法制备碳纳米管的催化剂研究摘要:CVD法制备单壁碳纳米管时有几个不可忽略的影响因素,其中催化剂的选取与制备极为重要,许多研究者采用不同的催化剂,获得了不同产量与质量的碳纳米管。
本文主要从催化剂的选取和制备方法入手,综述了催化剂对碳纳米管制备的影响。
关键词:碳纳米管;催化剂;制备1991年,日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子[1]。
虽然在I-ijima于1991年发现碳纳米管以前,就已经有人制备并观察过碳纳米管[2],但Iijima的这一发现还是在碳化学领域产生了重大影响。
Iijima把碳纳米管推广,使其为世人熟知,推动了科研的进步,科技的发展。
随后,更多的科研工作者投入了对碳纳米管的研究,碳纳米管的优异性能一一被发现,应用领域越来越广阔,同时碳纳米管的制备技术也在不断完善。
特别是1993年单壁碳纳米管同样由石墨电弧法合成[3-4],单壁碳纳米管的发现进一步推动了碳纳米管研究领域的发展。
单壁碳纳米管的结构特点决定了它具有更为独特的性能,是多壁碳纳米管所不能企及的,但同时其制备方法也相应更加困难,生长条件比多壁碳纳米管更加苛刻,例如要求催化剂的粒径更小,反应温度更高。
在众多的碳纳米管制备方法中,CVD法被视为实现连续批量生产碳纳米管最有前途的方法,催化剂在CVD法制备碳纳米管的过程中是必不可少的,它可以降低碳源的分解温度,促进碳纳米管的形核,是制备碳纳米管的关键。
目前多壁碳纳米管的制备工艺相当成熟,采用CVD法已经实现了工业化生产。
而单壁碳纳米管的生产成本还相当高,而且对于一些定向单壁碳纳米管的宏观阵列的制备还不能实现,碳纳米管的生长机理还不够明朗,可控制备还很遥远。
1 催化剂的选取用CVD法制备碳纳米管的关键是催化剂的制备和选择,催化剂作为碳源分解活性中心以及石墨碳沉积中心,对裂解产物的形貌和结构起着至关重要的作用。
碳纳米管的制备与在催化领域的研究一、前言碳纳米管自从1991年被发现以来，由于其独有的结构和奇特的物理性能、化学特性以及潜在的应用前景而日应受到人们的关注，已成为物理学、化学、材料学、电子学等领域的国际研究热点之一。
碳纳米管是由石墨中六方点阵排列的碳原子层卷曲而成的管状的材料，管的直径一般为几纳米（最小为1那米左右）到几十纳米，可以是单层或多层管壁。
相邻的同轴圆管之间的间距与石墨的层间距相当，约为0.34nm。
碳纳米管的碳原子层可以因卷曲方式不同而具有不同的螺旋性。
碳纳米管的直径、长度以及结构随不同的制备方法及条件的变化而不同，从而影响到碳纳米管的物理性质。
如碳纳米管可以因直径或者螺旋性的不同而呈现很好的金属导电性（椅型碳管）或者半导体性。
作为典型的一维量子输运材料，用金属性单层碳纳米管制成的三极管在低温下表现出典型的库仑阻塞和量子电导效应。
碳纳米管既可作为最细的导线被用在纳米电子学器件中，也可以被制成新一代的量子器件。
碳纳米管还可以用作扫描隧道显微镜或者原子力显微镜的探针。
尤其是碳纳米管的顶端很尖锐，有利于电子的发射，它可以用做电子发射源，可以用在显示及微波器件中。
此外，碳纳米管的强度比钢高100多倍，杨氏模量被估计为可高达5TPa，这是目前可制备出的具有最高比强度的材料，而比重却只有钢的1/6；同时碳纳米管还具有极高的任性，十分柔软。
它被认为使未来的“超级纤维”，是复合材料中极好的加强材料。
难以想象直径仅为1毫米的碳纳米管细丝竟足够承受20多吨的重量。
因此，这是迄今最有希望的一种可以用作架设从地球到太空的“天梯”的材料。
二、碳纳米管的结构碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs），又称巴基管（buckytube），属于富勒碳系（fullerene）。
碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面。
CNT根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
1、MWNT的结构1991年日本饭岛澄男用高分辨透射电镜(high resolution transmission electron micros—copy，HRTEM)观察石墨电极放电制备C∞的球状碳分子产物时，意外发现了一种同轴多层管状的富勒碳结构，这种结构由长约1 nm、直径4～30 nm的多层石墨管构成。
通过对其结构研究发现，它是碳元素的另一同素异形体。
MWNT是由几层到几十层石墨烯片同轴卷曲而成的无缝管状物。
其层数从2到50不等，层间距为(0．34±0．01)nm，与层问距0．335 nm的石墨相当，且层与层之间排列无序。
通常多壁管直径为2～30nm，长度为0.1～50um。
MWNT的形成过程中，管端、层的表面、层与层之间很容易形成五元环或七元环等缺陷中心，当出现五元环时碳纳米管就会凸出，出现七元环则会凹进。
如果五元环或七元环出现在碳纳米管的顶端，则成为碳纳米管的封端。
2、SWNT结构MWNT出现后，不少研究者对碳纳米管的特性和应用进行了大量研究，阐述SWNT的存在，进一步推动了碳纳米管研究的热潮。
Iijima和IBM公司的Bethune 等分别采用Fe和Co作为催化剂掺杂在石墨电极中，用电弧放电法各自独立合成出SWNT，SWNT逐渐进入人们的视线。
目前，实验室已可大量自组装生成高纯度的SWNT阵列一。
SWNT又称富勒管（fullerenes tubes），在概念上可被认为是卷起来的单层石墨烯（graphene），其直径大小分布范围小、缺陷少，具有更高的均匀一致性，是理想的分子纤维。
SWNT的管径一般为0．7～3．0 nm，长度为1～50um，是一种理想的纳米通道，可用作储氢材料、半导体及场发射材料等。
SWNT可看做是由单层石墨烯片卷曲成的，在石墨烯片层卷成圆柱体的过程中，边界上的悬空键随即结合，从而导致碳纳米管轴方向的随机性。
在一般的碳纳米管结构中，碳原子的六边形格子是绕成螺旋型的，碳纳米管具有一定的螺旋度，如果将SWNT的石墨烯面沿纵向展开，就呈现类似于石墨烯面的二维几何形态。
SWNT管与管之间由于范德华力容易黏在一起（类似石墨层之间的相互作用），各种制备方法所得到的SWNT都不是单根，而是成捆（bundle），（激光法制出的管子表面齐整，范德华力严重，成捆也最大）。
成捆的SWNT的分散性不好，简单超声也不容易分散开，SWNT的这种难处理性严重影响其实际应用，因此需要对碳纳米管的表面进行功能化处理，以提高其实际应用的能力。
三、碳纳米管的制备方法1、石墨电弧法石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工艺方法。
后经过优化工艺，每次可制得克量级的纳米碳管。
此法是在真空反应室中充惰性气体或氢气。
采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗。
同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物。
采用此法合成纳米碳管时。
工艺参数的改变如更换阴极材料或改变惰性气体都将大大影响纳米碳管的产率。
除此之外。
改变在阳极组成或直径、或在石墨极中添加Y2O3等也有很好的效果。
现在，人们在尝试寻找简单的制备方法，通过改变打弧介质来简化电弧装置。
液氮和水溶液都曾被用来替换氦气和氢气制备纳米碳管。
石墨电弧法具有简单快速的特点，而且制得的纳米碳管管直、结晶度高。
但该法所生产的纳米碳管缺陷较多。
且纳米碳管烧结成束，束中还存在很多非晶碳杂质。
究其原因是电弧温度高达3 000—3 700℃，形成的纳米碳管被烧结于一体，造成较多的缺陷但在化学气相沉积法被发现之前，石墨电弧法仍是合成纳米碳管的主要方法。
2、激光蒸发法1996年Smalley等首次使用激光蒸发法实现了单壁纳米碳管的批量制备。
他们采用类似的实验设备。
通过激光蒸发过渡金属与石墨的复合材料棒制备出多壁纳米碳管。
激光蒸发设备同简单单壁纳米碳管合成设备类似，在1 200℃的电阻炉中，由激光束蒸发石墨靶。
流动的氩气使产物沉积到水冷铜柱上。
一般来说，纳米碳管要比相应的球状富勒碳稳定性差一些。
所以要在一定的外加条件下才能生成，例如强电场、催化剂金属颗粒、氢原子或者低温表面，以使其端开口而有利于生长。
实验结果表明，多壁纳米碳管是激光蒸发环境中纯碳蒸气的固有产物。
在纳米碳管生长过程中。
端部层与层的边缘碳原子可以成键。
从而避免端部的封口。
这是促使多壁纳米碳管生长的一个重要的内在因素。
但此法制备纳米碳管的成本较高。
难以推广应用。
3、催化裂解法催化裂解法是在600～1 000℃的温度及催化剂的作用下，使含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙稀和苯等分解来制备碳纳米管的一种方法。
此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子。
碳原子在过渡金属一催化剂作用下。
附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳管。
催化裂解法中所使用的催化剂活性组分多为第八族过渡金属或其合金，少量加入Cu、Zn、Mg等可调节活性金属能量状态。
改变其化学吸附与分解含碳气体的能力。
催化剂前体对形成金属单质的活性有影响。
金属氧化物、硫化物、碳化物及有机金属化合物也被使用过。
4、化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition。
简称CVD)。
基本原理为含碳气体流经催化剂表面时分解。
沉积生成纳米碳管。
这种方法具有制备条件可控、容易批量生产等优点。
自发现以来受到极大关注，成为纳米碳管的主要合成方法之一。
常用的碳源气体有CH4、C2H 、C2H 、C6H 和CO等。
最早用25％铁，石墨颗粒作为催化剂。
常压下700℃时9％乙炔，氮气制得纳米碳管。
我国科学家以甲烷为碳源。
采用镍基催化剂，制备了管径15～20 nnl的均匀纳米碳管。
我国科学家采用溶胶一凝胶、超临界干燥法制备AI20 气凝胶负载钴催化剂，并将此催化剂用于纳米碳管的制备，得到了直径为8～10nm左右的纳米碳管。
5、模板法模板法是合成碳纳米管等一维纳米材料的一项有效技术，它具有良好的可控制性，利用它的空间限制作用和模板剂的调试作用对合成碳纳米管的大小、形貌、结构、排布等进行控制。
模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板。
结合电化学、沉淀法、溶胶一凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上形成所需的纳米结构体。
模板合成法制备纳米结构材料具有下列特点：(1)所用膜容易制备，合成方法简单，能合成直径很小的管状材料。
(2)由于膜孔孔径大小一致，制备的材料同样具有孔径相同。
单分散的结构。
(3)在膜孔中形成的纳米管和纳米纤维容易从模板分离出来。
6、水热法水热法是一种制备方法较为简单的工艺.在前人的研究中以硝酸镍和正硅酸乙酷为原料。
通过水热晶化法和常压干燥法均可合成纳米级氧化镍——二氧化硅复合粉体催化剂。
用这两种催化剂均可制得碳纳米管水热晶化法合成的催化剂粉体颗粒粒径小、分散性好、催化活性高，使得所制得的碳纳米管管径小、分布窄、纯度和收率都高。
该方法的主要特点是大大降低了制备纳米碳管的反应温度。
7、凝聚相电解生成法此法是最近出现的一种电化学合成碳纳米管的方法。
该方法采用石墨电极(电解槽为阳极)，在约600℃的温度及空气或氢气等保护性气氛中。
以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐(如LiCI)，电解生成了形式多样的碳纳米材料。
包括包裹或未包裹的碳纳米管和碳纳米颗粒等。
通过改变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材料的形式。
四、碳纳米管在催化领域研究及部分制备讨论由于碳纳米管内负载催化剂制备上的难题，目前对其催化机理以及应用的研究相对较少。
但从现有的报道来看，限域在碳纳米管内的催化反应表现出明显提高的催化活性或选择性。
1、合成气反应Bao课题组将Rh—Mn纳米粒子组装到碳纳米管管道内，用作合成气转化制备乙醇的催化剂。
他们认为碳纳米管管腔的缺电子特性改变了催化剂活性组分的还原性能，促进了一氧化碳分子在部分还原态Rh—Mn物种上的吸附和解离，催化生成碳二含氧化合(主要为乙醇)的产率明显高于直接负载在相同碳纳米管外壁的催化剂。
他们将这类复合催化剂上所表现出的独特催化性能归结为碳纳米管和金属纳米粒子体系的“协同限域效应”所致。
2、Fischer·Tropsch限域在碳纳米管内的Fe催化剂被应用于Fischer—Tmpsch反应，表现出比碳纳米管外负载Fe催化剂以及活性炭负载Fe催化剂明显提高的活性。
这是由于碳纳米管对限域其中的过渡金属氧化还原性能的改变，导致管内有更多FeC3的生成，而FeC3、是催化Fischer—Tmp8ch的活性组分。
Dalai等将Fe2O3，分别负载在碳纳米管内腔和外壁，发现碳纳米管内Fe2O3的还原温度明显降低，在费托合成中表现出比管外负载样品高的催化活性。
