碳纳米管催化碳材料
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cmk-5有序碳材料的合成及在电催化中的应用
cmk-5有序碳材料的合成及在电催化中的应用
CMK-5有序碳材料是一种以碳单胞（C60）为原基的碳纳米管（CNTs）复合材料，由国际著名的团队开发成功。
它具有良好的透明
性和电导性、抗紫外线的性质，能够耐受高温、高压和强酸性，因此
在电催化方面具有潜在的应用前景。
CMK-5有序碳材料的合成主要分两种：一种是CVD法，使用铁为活
性物质，在低温和低气压的条件下合成，可以将铁粉和C60结合在一
起形成CMK-5有序碳材料；另一种是分子间化学反应法，即使用有机
分子化合物作为活性物质，进行有序碳材料的合成，该方法可以原位
生成复合结构，简单、直接、快速、低成本。
CMK-5有序碳材料在电催化中具有重要应用。
目前，在电催化氧化
降解中，CMK-5有序碳材料可以作为电极材料发挥重要作用，其优异的
电导性和无损电极的可再生性可以帮助电催化系统提高有效利用量和
节能减排能力。
此外，CMK-5有序碳材料还可以用于催化剂的制备，它
的高比表面积可以有效地促进催化反应的有效转化，从而较大程度上
提高反应的效率。
另外，CMK-5有序碳材料还可以用于各种氧还原反应、氢还原反应以及燃料电池中的水燃料电池反应等，都可以得到良好的
应用效果。
CMK-5有序碳材料也已成为电催化领域非常重要的材料之一，其在环境污染治理、节能减排等方面已经发挥出巨大的作用。
碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用
(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。
碳材料技术在能源领域中的应用
碳材料技术在能源领域中的应用近年来，碳材料技术在能源领域中的应用越来越受到关注。
碳纳米管、碳纤维等碳材料的研究和应用，将有助于实现清洁能源的开发和利用。
本文将从碳材料的应用、碳纳米管的制备和性能、碳纤维的制备和性能等方面阐述碳材料技术在能源领域中的应用。
一、碳材料的应用碳材料具有多种优异的性质，如高强度、高韧性、低密度、高化学稳定性等。
因此，在能源领域中，碳材料得到了广泛的应用。
例如：1、储能材料：石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的电导性能和储能性能，可以用于电池、超级电容器等储能器件的制造。
2、太阳能电池：碳纳米管可以用于太阳能电池中的电极材料，具有高效转换太阳能成电能的效果。
3、催化剂载体：氮化石墨烯、碳纳米管等碳材料具有大比表面积和优异的物理化学性能，可以作为催化剂的载体。
4、海水淡化：石墨烯可以用于海水淡化中的膜材料，具有高效的海水淡化效果。
二、碳纳米管的制备和性能碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有很高的强度和导电性能。
碳纳米管的制备方式有化学气相沉积法、电弧放电法、化学剥离法等。
其中，化学气相沉积法是一种制备高质量碳纳米管的有效方法。
碳纳米管的性能也非常优异。
其导电性能比铜还要好，可以用于制造高性能电子器件。
此外，碳纳米管还具有优异的力学性能和光学性能，在材料科学和生物科学领域也得到了广泛的应用。
三、碳纤维的制备和性能碳纤维是由高强度的有机纤维（如聚丙烯腈纤维）经过一系列的热处理和脱除杂质工艺后制成的。
碳纤维具有优异的强度和刚度，且密度轻，是制造轻量化结构材料的重要材料。
碳纤维的制备工艺主要包括化学气相沉积法、热裂解法、湿法纺丝法等。
其中，化学气相沉积法是制备高性能碳纤维的主要方法。
碳纤维的性能也十分出色。
其比强度和比模量是金属的2~3倍，是很好的替代金属材料的轻量化结构材料。
在航空航天、汽车、体育器材等领域都得到了广泛的应用。
四、总结碳材料技术在能源领域中的应用是一个研究的热点。
碳纳米管的性质与应用
碳纳米管的 Nhomakorabea学性能：
研究碳纳米管的发光性质从其发光位置着手 研究。单壁纳米碳管的发光是从支撑纳米碳管的 金针顶附近发射的，并且发光强度随发射电流的 增大而增强；多壁纳米碳管的发光位置主要限制 在面对着电极的薄膜部分，发光位置是非均匀的， 发光强度也是随着发射电流的增大而增强。碳纳 米管的发光是由电子在与场发射有关的两个能级 上的跃迁而导致的。研究表明单壁纳米碳管的光 吸收随压力的增大而减弱，其原因在于压力的变 化会导致纳米碳管对称性的改变。
碳纳米管的性质与应用
应化0804 报告人：赵 开
主要内容
碳纳米管的简介
碳纳米管的性质
碳纳米管的应用 碳纳米管的展望
碳纳米管的简介
碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体 之一，是由六元碳环构成的类石墨平面卷 曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子 通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。 碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方 式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。 由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管 （SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳 纳米管（MWNT）。
碳纳米管的展望
由于碳纳米管具有非常好的性能，其 尺寸又处于纳米级，因而具有很好的应用 前景，受到了多个领域研究者的广泛关注。 随着其应用研究的进展，势必引起一场科 技革命的新突破，并带动一系列相关高科 技产业的兴起与发展。在不久的将来，基 于碳纳米管的多种现代化产品将会真正进 入我们的生活，对社会的发展势必将起到 极大的推动作用。
碳纳米管在电磁学领域的应用：
碳纳米管具有良好的导电性，是一种可用于制备修饰 电极和电化学传感器的优良材料。将碳纳米管对传统电极 进行修饰可以降低氧化过电势，增加峰电流，从而改善分 析性能，提高方法选择性和灵敏度。因此，碳纳米管作为 修饰电极材料已广泛应用于分析化学领域。利用碳纳米管 的场致电子发射性能可用于制作平面显示装置，使之更薄、 更省电，从而取代笨重和低效的电视和计算机显示器。碳 纳米管的优异场发射性能还可使其应用于微波放大器、真 空电源开关和制版技术上，可用于大规模集成电路、超导 线材、超电容器，也可用于电池电极和半导体器件。碳纳 米管的直径比以往用的针尖小得多，用碳纳米管作为扫描 探针能大大提高其分辨率。利用碳纳米管的金属导电性和 半导体性能，碳纳米管还被用于制作分子级开关、半导体 器件等。
研究碳纳米管的发光性质从其发光位置着手 研究。单壁纳米碳管的发光是从支撑纳米碳管的 金针顶附近发射的，并且发光强度随发射电流的 增大而增强；多壁纳米碳管的发光位置主要限制 在面对着电极的薄膜部分，发光位置是非均匀的， 发光强度也是随着发射电流的增大而增强。碳纳 米管的发光是由电子在与场发射有关的两个能级 上的跃迁而导致的。研究表明单壁纳米碳管的光 吸收随压力的增大而减弱，其原因在于压力的变 化会导致纳米碳管对称性的改变。
碳纳米管的性质与应用
应化0804 报告人：赵 开
主要内容
碳纳米管的简介
碳纳米管的性质
碳纳米管的应用 碳纳米管的展望
碳纳米管的简介
碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体 之一，是由六元碳环构成的类石墨平面卷 曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子 通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。 碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方 式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。 由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管 （SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳 纳米管（MWNT）。
碳纳米管的展望
由于碳纳米管具有非常好的性能，其 尺寸又处于纳米级，因而具有很好的应用 前景，受到了多个领域研究者的广泛关注。 随着其应用研究的进展，势必引起一场科 技革命的新突破，并带动一系列相关高科 技产业的兴起与发展。在不久的将来，基 于碳纳米管的多种现代化产品将会真正进 入我们的生活，对社会的发展势必将起到 极大的推动作用。
碳纳米管在电磁学领域的应用：
碳纳米管具有良好的导电性，是一种可用于制备修饰 电极和电化学传感器的优良材料。将碳纳米管对传统电极 进行修饰可以降低氧化过电势，增加峰电流，从而改善分 析性能，提高方法选择性和灵敏度。因此，碳纳米管作为 修饰电极材料已广泛应用于分析化学领域。利用碳纳米管 的场致电子发射性能可用于制作平面显示装置，使之更薄、 更省电，从而取代笨重和低效的电视和计算机显示器。碳 纳米管的优异场发射性能还可使其应用于微波放大器、真 空电源开关和制版技术上，可用于大规模集成电路、超导 线材、超电容器，也可用于电池电极和半导体器件。碳纳 米管的直径比以往用的针尖小得多，用碳纳米管作为扫描 探针能大大提高其分辨率。利用碳纳米管的金属导电性和 半导体性能，碳纳米管还被用于制作分子级开关、半导体 器件等。
一种铁系碳纳米管催化剂,其制备方法及应用
一种铁系碳纳米管催化剂,其制备方法及应用本发明涉及一种铁系碳纳米管催化剂及其制备方法及应用，具体地说，本发明的技术领域是制备可应用于催化反应的碳纳米管类材料，该碳纳米管具备较高的活性、较稳定的耐候性和制备成本较低的优点。
具体来说，本发明涉及一种铁系碳纳米管催化剂，其特征在于：该碳纳米管催化剂由晶体结构密度较高的单壁和多壁碳纳米管以及
相应的稀土、过渡金属催化剂构成，形成一种二元催化体系；其中稀土可以是锶。
本发明还涉及了上述铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将活性碳放入一定量的稀土溶剂中，进行搅拌，使活性碳均匀溶解；
步骤2：将上述溶解液加入稀土，进行搅拌，使稀土均匀混合成发泡液；
步骤3：将发泡液加入过渡金属溶剂中，进行搅拌，使受稀土催化的发泡液均匀混合成碳纳米管构成的悬浮液；步骤4：将该悬浮液中的碳纳米管催化剂通过滤过、回收、洗涤和分级的步骤，制备出纯净的碳纳米管催化剂。
本发明还涉及上述制备出的铁系碳纳米管催化剂的应用，可以用于各种催化反应，如低压氧化、碳烃焦化、甲醛的驱动氧化和还原等。
本发明的铁系碳纳米管催化剂具有较高的活性、较稳定的耐候性和制备成本较低的优点，在催化反应中表现出了很好的性能，可以有
效提高反应效率，具有极好的应用前景。
碳纳米管的制备方法与应用
碳纳米管的制备方法与应用碳纳米管是一种具有非常特殊性质的碳材料，它的制备方法和应用具有很大的研究价值。
本文将基于相关研究文献，探讨碳纳米管的制备方法和应用领域。
一、制备方法碳纳米管通常有两种制备方法，即“底上生长法”和“上下生长法”。
底上生长法是指在金属衬底上，利用热化学气相沉积（CVD）等方法，在高温下生长碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管产量大，连续性好，但会造成衬底中金属杂质的污染。
上下生长法是指将金属催化剂沉积在碳纳米管基底上，然后在催化剂表面生长碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管纯度高，但因为样品不连续，所以产量相对较低。
不同制备方法对碳纳米管的结构和性质会有所影响，因此，制备方法的选择取决于具体应用的需求。
二、应用碳纳米管在材料科学、生物医学、电子、能源等领域中具有广泛的应用。
材料科学领域中，碳纳米管可以用于制备高强度、高导电性、高导热性、高比表面积的复合材料，应用于汽车、航空、航天、建筑等领域。
碳纳米管也可以用于制备高性能电极材料，提高锂离子电池的性能。
生物医学领域中，碳纳米管可以用于制备纳米药物传递系统和纳米生物传感器，进行肿瘤治疗和疾病诊断。
电子领域中，碳纳米管可以用于制备高性能逻辑电路和摄像头，替代各种传统电子元器件。
能源领域中，碳纳米管可以用于制备高效率的太阳能电池和储能系统，减少能源的消耗和浪费。
三、未来展望随着人类对碳纳米管的认识不断加深，碳纳米管的应用领域也会不断扩展。
未来，碳纳米管可能会应用于烯烃加氢、催化还原、氧化反应等领域，成为一种重要的催化剂。
同时，碳纳米管还可以应用于激光、纳米传感器和量子计算等领域，开辟崭新的研究方向和应用前景。
四、结语作为一种前沿领域的材料，碳纳米管的制备方法和应用领域仍然具有很大的潜力。
未来，人类将会通过不懈的努力，探索碳纳米管更多的结构和性质，为人类社会的发展做出更大的贡献。
新型碳材料的研究及其应用
新型碳材料的研究及其应用碳是一种非常重要的元素，它在自然界中广泛存在，包括煤炭、石墨、钻石以及各种有机物。
在人类社会中，碳材料也有着非常广泛的应用，包括石墨电极、硅炭砖、活性炭、炭纤维等。
近年来，随着新型碳材料的不断研究与发展，碳材料也得到了更广泛的应用。
一、新型碳材料的研究进展随着科学技术的不断进步，新型碳材料的研究也越来越受到人们的关注。
其中，最为广泛研究的是碳纳米管、石墨烯、炭黑、碳纳米球等。
这些新型碳材料都具有不同的物化性质和特殊结构，能够应用于不同的领域。
1. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子构成的一种管状结构，具有极高的强度和导电性能，同时具有很高的比表面积。
独特的特性使其被广泛地应用于电子器件、能源储存和生物学等领域。
由于碳纳米管的生产成本较高，因此其应用仍然受到一定的限制。
2. 石墨烯石墨烯是一种单层厚度为1原子层的碳纳米片，可以看做是从石墨精细剥离后得到的。
由于石墨烯的独特结构和电学性质，在领域中具有广泛的应用前景，包括电子器件、传感器、生物学等。
3. 炭黑炭黑是一种多孔的碳材料，在化妆品、橡胶、油漆等领域中有着重要的应用。
由于其特殊的结构和性质，炭黑具有很高的吸附能力和分散性，可以在许多领域中起到很好的应用效果。
4. 碳纳米球碳纳米球是一种球形的纳米碳材料，具有极高的比表面积和较高的力学性能。
由于其制备成本相对较低，因此在能源储存、催化剂、吸附剂等领域中被广泛地应用。
二、新型碳材料的应用前景新型碳材料具有很高的应用前景，主要表现在以下几个方面：1. 能源领域新型碳材料在能源领域中的应用具有很大的潜力。
碳纳米管和石墨烯可以用于制造高效的电极，并用于电池和超级电容器中。
碳纳米管还可以用于太阳能电池和光电器件中。
碳纳米球可以用于制造高效的锂离子电池电极材料。
2. 生物学领域新型碳材料也在生物学领域中崭露头角。
碳纳米管可以用于制造计量荧光显微镜和扫描隧道显微镜等生物学分析仪器。
碳纳米球可以用于制备生物官能团，具有在生物学中高效活性表达，高灵敏度的诊断和治疗中的应用潜力。
新型碳纳米材料在催化反应中的应用
新型碳纳米材料在催化反应中的应用1.电催化反应碳纳米材料作为催化剂，可以在电催化反应中发挥重要作用。
首先，碳纳米材料具有优良的导电性和电化学活性，可以作为电子传输媒介。
其次，碳纳米材料具有大比表面积，能提供更多的反应活性位点。
例如，碳纳米管和石墨烯可以用作燃料电池和电解水制氢的催化剂，能有效促进氧还原反应。
2.气相催化反应碳纳米材料在气相催化反应中也具有广泛的应用。
由于其高比表面积和孔隙结构，碳纳米材料可以作为催化剂载体，提高催化剂的分散性和活性。
此外，碳纳米材料还可以通过改变其表面性质进行催化剂的选择性调控。
例如，碳纳米管可以用作催化剂载体，并通过调控管内氧原子含量来选择性催化氧化反应。
此外，碳纳米带可以用作催化剂，通过改变其宽度、长度和形状等结构参数来调控气相催化反应的选择性和活性。
3.液相催化反应碳纳米材料在液相催化反应中也展现出了独特的催化性能。
由于其大比表面积和高度可调控的结构特性，碳纳米材料具有较好的触媒载体性能，可以改善催化剂的稳定性和选择性。
此外，碳纳米材料还能够通过改变其表面化学性质来调控催化反应的速率和选择性。
例如，石墨烯和碳纳米管可以作为催化剂载体，并通过表面官能团修饰来调控催化反应的选择性和活性。
4.其他应用领域除了上述应用领域，碳纳米材料还在其他领域展现出了潜力。
例如，碳纳米管可以用作催化剂载体，在环境污染治理领域具有广泛的应用前景。
此外，由于碳纳米材料具有较低的毒性和良好的生物相容性，还可以应用于生物催化反应和药物催化反应等领域。
总之，新型碳纳米材料在催化反应中具有广泛的应用潜力。
碳纳米材料以其独特的结构和性质，可以用作催化剂载体、反应活性位点和选择性调控因子等，有效提高催化反应的效率和选择性。
随着碳纳米材料的研究不断深入，相信在催化领域中会有更多新的应用和进展。
碳材料电催化海水
碳材料电催化海水
碳材料在电催化海水处理中具有很大的潜力。
由于海水中含有很多的离子和溶解物，对于电催化材料来说，良好的导电性和催化活性是非常重要的。
一种常见的碳材料是碳纳米管，其具有良好的导电性和化学稳定性，能够在电化学反应中提供电子传递的通道。
碳纳米管还具有大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，从而提高催化活性和海水处理效率。
另一种常见的碳材料是石墨烯，它是由单个碳原子层构成的二维材料。
石墨烯具有卓越的电导率和催化活性，可以用于海水中有机物的氧化或还原反应，从而实现海水处理的目的。
此外，碳纳米颗粒和碳纳米纤维等碳材料也广泛应用于电催化海水处理中。
这些材料具有特殊的结构和化学性质，可以调控其催化活性和选择性，实现对不同污染物的高效处理。
总之，碳材料的电催化性能使其成为一种非常有潜力的海水处理材料。
未来的研究应该进一步优化碳材料的结构和性能，以实现更高效的海水处理和资源回收。
碳纳米管的功能
碳纳米管的功能碳纳米管是一种由碳原子排列而成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高热导性等特点，应用领域广泛。
下面将从各方面介绍碳纳米管的功能。
1. 电子学领域：碳纳米管是一种理想的纳米导体，在微电子器件、半导体照明等领域得到广泛应用。
它具有良好的电子传输性能，传输速度快，抗干扰性强，特别适合在高速电子器件中应用。
碳纳米管晶体管、电路板等元件已经被广泛应用于电脑、手机等各种电子设备中。
2. 新型材料领域：碳纳米管具有极高的强度和韧性，比钢铁更为坚固，是一种理想的新型材料。
碳纳米管可以用于制造高强度、高韧性的材料，如碳纳米管增强塑料、碳纳米管复合材料、碳纤维增强复合材料等。
这些材料在飞机、汽车、船舶、建筑等领域有广泛的应用。
3. 催化剂领域：碳纳米管可以作为催化剂载体，提高反应速率和选择性，从而在催化剂领域得到广泛应用。
碳纳米管与金属或金属氧化物复合可以用于氧化还原反应、制备化学品等。
此外，碳纳米管还可与DNA等生物大分子结合，用于生物催化反应等应用。
4. 生物医学领域：碳纳米管具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域中的诊断和治疗。
比如，将碳纳米管表面修饰成靶向特定癌细胞的分子后，可以用作肿瘤靶向治疗。
此外，还可以将药物包裹在碳纳米管内，可以减少药物的毒性和副作用，提高药物的疗效性。
5. 传感器领域：碳纳米管可以用作传感器的探针，具有高灵敏度和高选择性。
比如，利用碳纳米管的电导率随吸附分子量的变化，可以将其应用于气体、溶液等分子的检测。
碳纳米管还可以用于传感器的导电元件，提高了传感器的灵敏度和精度。
综上所述，碳纳米管具有多种功能，并在各个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，碳纳米管的应用将会越来越广泛，也将会带来更多的前沿研究和技术突破。
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used, and in more than 85%（90%） of these cases a catalyst is also employed. Moreover, in excess of 80% of these catalytic processes utilize solid catalysts.
加氢催化剂载体 电催化氧化(还原)催化剂载体 合成氨催化剂载体 甲醇制氢催化剂 热分解催化剂载体
负载金属催化剂
优点：
• 改善其导电性、抗腐蚀性、润滑性、硬度等 物理性能；
• 使碳纳米管与金属基体之间的结合力加强； • 使金属催化剂具有较高的催化活性； • 贵重金属能通过烧掉碳纳米管的方法回收。
负载铂催化剂
负载TiO2催化剂
• 在众多光催化剂中，TiO2以其活性高、热性 能好、持续性长、价格便宜、无毒无害等 特性而备受人们青睐；
• CNT-TiO2在紫外-可见光波长范围内均有较 好的吸光性能；
• 450℃热处理后的复合光催化剂CNT-TiO2比 纯TiO2对甲基橙光降解有更高的光催化活性。
负载SnO2催化剂
负载钯催化剂
加氢产物肉桂醇和苯丙醛是精细化工的重要 中间体，通过研究发现：
•在常温、常压下，Pd/CNTs催化剂对肉桂醛具有良 好的选择性加氢性能； •采用Pd/CNTs催化剂，溶剂极性能强烈地改变反应 路径、提高苯丙醛的收率。
负载金属氧化物催化剂
以碳纳米管为载体负载过渡金属氧化物、 稀有金属氧化物制备的复合纳米催化剂，主 要用于火箭固体推进剂、光催化降解、有机 合成；其催化作用明显高于纳米金属氧化物 和CNTs简单混合物。
对碳纳米管作为催化剂载体的研究多集中在以下几个方面:
(1) 活性组分负载于碳纳米管的方法, (2) 碳纳米管的电学性能对催化剂的影响, (3) 碳纳米管独特的管腔结构对催化反应的影响, (4) 碳纳米管的储氢性能对催化反应的影响
活性组分负载方式
负载方法很重要，主要有：
管内负载, 碳管石墨层卷曲所导致的限阈效 应能够显著地影响负载催化剂的催化性能
2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）： 含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2～ 50 不 等 ， 层 间 距 为 0.34±0.01nm ， 与 石 墨 层 间 距 (0.34nm)相当 。多壁管的典型直径和长度分别为 2 ～ 30nm和0.1～50μm。
内外负载金属催化剂的活性比较
F-T合成 黑的是内部负载、空白的是外部负载
CNT载体催化剂的催化活性
合成气制乙醇
是CNT管内负载催化剂 是CNT管外负载催化剂
高活性的原因： 内壁碳原子的作用促进 了CO分子的解离 增加了H2的吸附作用
限域催化
Confinement Catalysis
在管径小于10nm的多壁和单双壁碳纳米管内高效组装纳米金属和金属氧化物催化剂 的新技术，并从理论和实验上充分证实了管腔不仅可以从几何上控制金属颗粒尺度， 获得和稳定高分散的纳米催化剂粒子；而且纳米碳管管壁的卷曲结构导致的管腔内 电子环境畸变，一方面改变了反应分子和产物在管道内的吸附和扩散行为，更重要 的是修饰了限域在管腔内的催化剂纳米粒子的电子特性以及相关的催化性能。
Acc. Chem. Res. 2011, 44, 553 Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 317; Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4500; J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9414; Nat. Mater. 2007, 6, 507等
• 与Co-Mo/γ-Al2O3催化剂相比，Co-Mo/CNT 对汽油的催化裂化选择性加氢脱硫具有更 高的活性。
负载非晶体合金催化剂
• 非晶态NiP合金在碳纳米管上负载后热稳定 性增强；
• 碳纳米管负载的Pt-Sn-B非晶态催化剂具有 较好的加氢性能和较高的抑制脱卤性能。
碳纳米管直接催化氧还原
碳纳米管的管端和缺陷处具有一定的催化活性，能 够催化氧还原。然而，一般的碳纳米管具有较大的 化学惰性且不易溶于水，给其应用带来了麻烦。近 年来，研究者通过对碳纳米管进行参杂或修饰，增 大了CNTs的溶解度，并大大地提高了其催化活性。
• CNTs/SnO2复合电极电催化降解有机废水性 能优越;
• 当CNTs负载40％SnO2，煅烧温度600℃时， 制备的CNTs/SnO2复合电极电催化降解有机 废水的能力是纯CNTs电极的2倍。
负载合金催化剂
• 合金催化剂分为晶体合金催化剂和非晶体合金 催化剂，通常所说的合金催化剂就是指晶体合 金催化剂。
活性组分负载方式
负载方法很重要，主要有：
• 直接负载（管外负载） • 管内负载 • 键合负载 • 大π键吸附负载
键合负载
第一步：在CNT表面接上官能团
第二步：在CNT表面官能团上键合金属原子
大π键吸附负载
作为催化剂载体的主要应用
➢ 负载金属催化剂 ➢ 负载金属氧化物催化剂 ➢ 负载合金催化剂
碳纳米材料
碳纳米管
催化
Catalytic chemistry is the heart of industrial chemistry in which chemical reactions are used to transform inexpensive raw materials into high-value products. In order to carry out a chemical transformation or a synthesis, chemical processes are
纳米中空结构使得它有可能作为一种纳米反应器。作为碳家族的新成员,它有 合适的孔径分布,便于金属组分更好地分散。它独特而又稳定的结构及形貌,尤 其是表面性质,能依据人们的需要进行不同方法的修饰,使其适合作为新型催化 剂载体。与传统催化材料相比,碳纳米管具有可调控的纳米管腔结构、大的长 径比和边界效应,处于管内的气体或液体有着完全不同的物理性能。
石墨烯限域催化研究取得新进展
中科院大连化物所在石墨烯限域催化及表面催化原位表征研究取得新进展。利 用实验室自行研制的光发射电子显微镜/低能电子显微镜（PEEM/LEEM），并借 助于美国Berkeley国家实验室和Texas A&M University的相关科学装置，姚运 喜博士、傅强研究员和包信和院士等研究人员在前期对石墨烯与金属之间的弱 相互作用充分认识的基础上(Angew Chem Int Ed 2012, 51, 4856)，创新性地 提出利用石墨烯与金属表面之间形成的两维空间作为纳米反应器并进行了石墨 烯限域下的表面催化反应研究。 结果表明，CO、O2等分子在近常压条件下能够迅速插层到石墨烯与金属界面， 这种由石墨烯层和金属表面形成的限域空间中独特的电子环境降低了CO氧化反 应的活化能，使催化反应速率明显加快。相关结果近日发表在美国《国家科学 院院刊》上（PNAS 2014, 111 (48) p17023-17028）。 多相催化中对金属表面催化活性的调控通常在金属表面引入表层合金或者在表 面下引入次表层元素来实现，该成果中提出在金属表面上覆盖一层石墨烯结构 并利用石墨烯的限域效应来影响表面催化反应，这为金属表面催化活性调控提 供了一条新途径。
• 直接负载（管外负载）
• 管内负载
• 键合负载 • 大π键吸附负载
碳纳米管表面呈疏水性,对水的湿润性较小。尽管采用 不同方法处理可对其表面进行修饰并引入COOH、CO、-OH等极性基团,但仍然表现为较强的疏水性。用
传统的制备方法很难将催化剂附着在碳纳米管的内表 面,绝大部分都负载在碳纳米管的外表面。要将催化剂 载入碳纳米管管腔内,一方面可以制备大管径的碳纳米 管,另一方面可以改进催化剂制备方法
掺杂纳米碳材料
•掺杂纳米碳材料已经成为国际碳材料及催化领域的 研究热点之一。完整的石墨结构呈现化学惰性，通 过化学方法向表面或体相引入氮、硼、磷等杂原子 后，可以大幅提升纳米碳材料的表面化学活性。近 年来，作为一种可替代金属催化剂的新颖材料，掺 杂纳米碳已在低碳烷烃转化、选择氧化、电催化氧 还原（ORR）、酸/碱催化等多类重要反应过程中体 现出较好的催化性能，但在掺杂物种与催化性能基 本关联的研究上仍缺乏系统工作。
电化学研究显示碳纳米管负载Pt金属经过处 理后催化甲醇氧化： •拥有更大的电化学活性面积； •碳纳米管的管径效应降低； •催化剂对甲醇的电催化氧化性能增强。
负载金和钌催化剂
实验表明：Au/CNT催化剂为最佳的纤维二糖 选择氧化制葡萄糖酸催化剂；
•经高温还原的Au/CNT催化剂有利于吸附纤维二糖， 进而增强了对纤维二糖的转化； •Ru/CNT催化剂对纤维二糖加氢制备山梨醇表现出 最优的山梨醇收率。
Fe载在MWCNT上
• Fe(NO3)3 溶 液 直 接 浸 渍 在 管 口 开 口 的 CNT 上 ， 经 过
350℃ 空 气 分 解 成 Fe2O3 ， 再在350℃H2还原成Fe
• Fe(NO3)3 溶 液 直 接 浸 渍 在 管 口 封 闭 的 CNT 上 ， 经 过
350℃ 空 气 分 解 成 Fe2O3 ， 再在350℃H2还原成Fe
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
其他异型
2)按手性分
通常依照n chiral 两个基本类型。
Achiral 型 又 分 为 zigzag （ 锯 齿 型 ） 和 armchair（扶手椅型） 两类。当n 和m 其中之 一为0 时，为zigzag 型；当n=m 时为armchair 型；其它所有情况都称为chiral 型( 手性管）。
• 合金催化剂中组合成分间的协同效应使得其化 学吸附的强度、催化活性、选择性和稳定性等 效应都会发生改变。
加氢催化剂载体 电催化氧化(还原)催化剂载体 合成氨催化剂载体 甲醇制氢催化剂 热分解催化剂载体
负载金属催化剂
优点：
• 改善其导电性、抗腐蚀性、润滑性、硬度等 物理性能；
• 使碳纳米管与金属基体之间的结合力加强； • 使金属催化剂具有较高的催化活性； • 贵重金属能通过烧掉碳纳米管的方法回收。
负载铂催化剂
负载TiO2催化剂
• 在众多光催化剂中，TiO2以其活性高、热性 能好、持续性长、价格便宜、无毒无害等 特性而备受人们青睐；
• CNT-TiO2在紫外-可见光波长范围内均有较 好的吸光性能；
• 450℃热处理后的复合光催化剂CNT-TiO2比 纯TiO2对甲基橙光降解有更高的光催化活性。
负载SnO2催化剂
负载钯催化剂
加氢产物肉桂醇和苯丙醛是精细化工的重要 中间体，通过研究发现：
•在常温、常压下，Pd/CNTs催化剂对肉桂醛具有良 好的选择性加氢性能； •采用Pd/CNTs催化剂，溶剂极性能强烈地改变反应 路径、提高苯丙醛的收率。
负载金属氧化物催化剂
以碳纳米管为载体负载过渡金属氧化物、 稀有金属氧化物制备的复合纳米催化剂，主 要用于火箭固体推进剂、光催化降解、有机 合成；其催化作用明显高于纳米金属氧化物 和CNTs简单混合物。
对碳纳米管作为催化剂载体的研究多集中在以下几个方面:
(1) 活性组分负载于碳纳米管的方法, (2) 碳纳米管的电学性能对催化剂的影响, (3) 碳纳米管独特的管腔结构对催化反应的影响, (4) 碳纳米管的储氢性能对催化反应的影响
活性组分负载方式
负载方法很重要，主要有：
管内负载, 碳管石墨层卷曲所导致的限阈效 应能够显著地影响负载催化剂的催化性能
2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）： 含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2～ 50 不 等 ， 层 间 距 为 0.34±0.01nm ， 与 石 墨 层 间 距 (0.34nm)相当 。多壁管的典型直径和长度分别为 2 ～ 30nm和0.1～50μm。
内外负载金属催化剂的活性比较
F-T合成 黑的是内部负载、空白的是外部负载
CNT载体催化剂的催化活性
合成气制乙醇
是CNT管内负载催化剂 是CNT管外负载催化剂
高活性的原因： 内壁碳原子的作用促进 了CO分子的解离 增加了H2的吸附作用
限域催化
Confinement Catalysis
在管径小于10nm的多壁和单双壁碳纳米管内高效组装纳米金属和金属氧化物催化剂 的新技术，并从理论和实验上充分证实了管腔不仅可以从几何上控制金属颗粒尺度， 获得和稳定高分散的纳米催化剂粒子；而且纳米碳管管壁的卷曲结构导致的管腔内 电子环境畸变，一方面改变了反应分子和产物在管道内的吸附和扩散行为，更重要 的是修饰了限域在管腔内的催化剂纳米粒子的电子特性以及相关的催化性能。
Acc. Chem. Res. 2011, 44, 553 Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 317; Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4500; J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9414; Nat. Mater. 2007, 6, 507等
• 与Co-Mo/γ-Al2O3催化剂相比，Co-Mo/CNT 对汽油的催化裂化选择性加氢脱硫具有更 高的活性。
负载非晶体合金催化剂
• 非晶态NiP合金在碳纳米管上负载后热稳定 性增强；
• 碳纳米管负载的Pt-Sn-B非晶态催化剂具有 较好的加氢性能和较高的抑制脱卤性能。
碳纳米管直接催化氧还原
碳纳米管的管端和缺陷处具有一定的催化活性，能 够催化氧还原。然而，一般的碳纳米管具有较大的 化学惰性且不易溶于水，给其应用带来了麻烦。近 年来，研究者通过对碳纳米管进行参杂或修饰，增 大了CNTs的溶解度，并大大地提高了其催化活性。
• CNTs/SnO2复合电极电催化降解有机废水性 能优越;
• 当CNTs负载40％SnO2，煅烧温度600℃时， 制备的CNTs/SnO2复合电极电催化降解有机 废水的能力是纯CNTs电极的2倍。
负载合金催化剂
• 合金催化剂分为晶体合金催化剂和非晶体合金 催化剂，通常所说的合金催化剂就是指晶体合 金催化剂。
活性组分负载方式
负载方法很重要，主要有：
• 直接负载（管外负载） • 管内负载 • 键合负载 • 大π键吸附负载
键合负载
第一步：在CNT表面接上官能团
第二步：在CNT表面官能团上键合金属原子
大π键吸附负载
作为催化剂载体的主要应用
➢ 负载金属催化剂 ➢ 负载金属氧化物催化剂 ➢ 负载合金催化剂
碳纳米材料
碳纳米管
催化
Catalytic chemistry is the heart of industrial chemistry in which chemical reactions are used to transform inexpensive raw materials into high-value products. In order to carry out a chemical transformation or a synthesis, chemical processes are
纳米中空结构使得它有可能作为一种纳米反应器。作为碳家族的新成员,它有 合适的孔径分布,便于金属组分更好地分散。它独特而又稳定的结构及形貌,尤 其是表面性质,能依据人们的需要进行不同方法的修饰,使其适合作为新型催化 剂载体。与传统催化材料相比,碳纳米管具有可调控的纳米管腔结构、大的长 径比和边界效应,处于管内的气体或液体有着完全不同的物理性能。
石墨烯限域催化研究取得新进展
中科院大连化物所在石墨烯限域催化及表面催化原位表征研究取得新进展。利 用实验室自行研制的光发射电子显微镜/低能电子显微镜（PEEM/LEEM），并借 助于美国Berkeley国家实验室和Texas A&M University的相关科学装置，姚运 喜博士、傅强研究员和包信和院士等研究人员在前期对石墨烯与金属之间的弱 相互作用充分认识的基础上(Angew Chem Int Ed 2012, 51, 4856)，创新性地 提出利用石墨烯与金属表面之间形成的两维空间作为纳米反应器并进行了石墨 烯限域下的表面催化反应研究。 结果表明，CO、O2等分子在近常压条件下能够迅速插层到石墨烯与金属界面， 这种由石墨烯层和金属表面形成的限域空间中独特的电子环境降低了CO氧化反 应的活化能，使催化反应速率明显加快。相关结果近日发表在美国《国家科学 院院刊》上（PNAS 2014, 111 (48) p17023-17028）。 多相催化中对金属表面催化活性的调控通常在金属表面引入表层合金或者在表 面下引入次表层元素来实现，该成果中提出在金属表面上覆盖一层石墨烯结构 并利用石墨烯的限域效应来影响表面催化反应，这为金属表面催化活性调控提 供了一条新途径。
• 直接负载（管外负载）
• 管内负载
• 键合负载 • 大π键吸附负载
碳纳米管表面呈疏水性,对水的湿润性较小。尽管采用 不同方法处理可对其表面进行修饰并引入COOH、CO、-OH等极性基团,但仍然表现为较强的疏水性。用
传统的制备方法很难将催化剂附着在碳纳米管的内表 面,绝大部分都负载在碳纳米管的外表面。要将催化剂 载入碳纳米管管腔内,一方面可以制备大管径的碳纳米 管,另一方面可以改进催化剂制备方法
掺杂纳米碳材料
•掺杂纳米碳材料已经成为国际碳材料及催化领域的 研究热点之一。完整的石墨结构呈现化学惰性，通 过化学方法向表面或体相引入氮、硼、磷等杂原子 后，可以大幅提升纳米碳材料的表面化学活性。近 年来，作为一种可替代金属催化剂的新颖材料，掺 杂纳米碳已在低碳烷烃转化、选择氧化、电催化氧 还原（ORR）、酸/碱催化等多类重要反应过程中体 现出较好的催化性能，但在掺杂物种与催化性能基 本关联的研究上仍缺乏系统工作。
电化学研究显示碳纳米管负载Pt金属经过处 理后催化甲醇氧化： •拥有更大的电化学活性面积； •碳纳米管的管径效应降低； •催化剂对甲醇的电催化氧化性能增强。
负载金和钌催化剂
实验表明：Au/CNT催化剂为最佳的纤维二糖 选择氧化制葡萄糖酸催化剂；
•经高温还原的Au/CNT催化剂有利于吸附纤维二糖， 进而增强了对纤维二糖的转化； •Ru/CNT催化剂对纤维二糖加氢制备山梨醇表现出 最优的山梨醇收率。
Fe载在MWCNT上
• Fe(NO3)3 溶 液 直 接 浸 渍 在 管 口 开 口 的 CNT 上 ， 经 过
350℃ 空 气 分 解 成 Fe2O3 ， 再在350℃H2还原成Fe
• Fe(NO3)3 溶 液 直 接 浸 渍 在 管 口 封 闭 的 CNT 上 ， 经 过
350℃ 空 气 分 解 成 Fe2O3 ， 再在350℃H2还原成Fe
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
其他异型
2)按手性分
通常依照n chiral 两个基本类型。
Achiral 型 又 分 为 zigzag （ 锯 齿 型 ） 和 armchair（扶手椅型） 两类。当n 和m 其中之 一为0 时，为zigzag 型；当n=m 时为armchair 型；其它所有情况都称为chiral 型( 手性管）。
• 合金催化剂中组合成分间的协同效应使得其化 学吸附的强度、催化活性、选择性和稳定性等 效应都会发生改变。