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碳纳米管的制备技术与应用碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种以碳元素为原材料制备的一维纳米材料，由于其具有良好的力学性能、电学特性以及化学稳定性等特点，已经成为当今研究领域中最为热门的材料之一。
本文将介绍碳纳米管的制备技术以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术可以分为两种类型：单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。
1. SWCNTs的制备技术SWCNTs是由单个碳原子组成的圆柱形分子，其直径只有1纳米左右，是碳纳米管中最小的一种。
目前SWCNTs的制备技术主要有以下几种：(1) 弧放电法：将石墨电极在惰性气体氛围下通电，随着通电时间的延长，在电极表面就会形成一个由碳原子组成的弧，此时就会产生SWCNTs。
(2) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生SWCNTs。
(3) 气味解法：将金属铝、镁等材料和碳合成物物质放入高温的石墨炉中加热，从而产生SWCNTs。
2. MWCNTs的制备技术MWCNTs是由许多个碳单层环形结构套在一起形成的管状结构，由于其具有较高的机械强度和导电性能，因此在材料科学等领域有着广泛的应用。
其制备主要有以下几种方式：(1) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生MWCNTs。
(2) 电磁纺丝法：将金属铜制成细丝，并加热到一定温度，然后向铜丝上喷射石墨或其它碳源，从而产生MWCNTs。
(3) 化学还原法：将单壁和多壁碳纳米管分散在水溶液中，然后将还原剂缓慢加入到溶液中，之后用超离心机或过滤器将沉淀的MWCNTs分离出来。
二、碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管因其高催化性能、热稳定性及导电性能等优异特点，将在材料科学领域中得到广泛的应用。
单、双壁碳纳米管制备及其显微分析实验报告1.实验目的(1)了解碳纳米材料的特性和生长基本原理。
(2)了解催化裂解法制取单壁、双壁碳纳米管的基本原理。
(3)掌握催化裂解法制取碳纳米管的工艺，制备出单壁（或双壁）碳纳米管。
(4)了解扫描探针显微镜工作的基本原理。
(5)掌握制作扫描探针显微镜样品的方法，制备出可用于扫描探针显微镜检测的碳纳米管样品，并在扫描探针显微镜下观测与表征。
2.实验内容(1)了解单壁（双壁）碳纳米管生长的基本原理和制备工艺。
(2)学习催化裂解法合成单壁（双壁）碳纳米管的制备工艺，针对不同硫浓度的反应溶液制取碳纳米管进行实验观察。
(3)了解扫描探针显微镜的工作原理。
(4)将碳纳米管样品制成扫描探针显微镜检测用的样品，并在扫描探针显微镜下对碳纳米管样品进行观测和表征。
3.实验步骤制备单壁（双壁）碳纳米管的具体实验工艺如下：(1)实验准备工作，密封反应室，通入氩气检验反应室的气密性。
(2)将适量的二茂铁溶解在二甲苯溶液里，加入适量的添加剂硫，配置成反应溶液。
(3)通入流量为100mL/min的氩气，加热反应室温度至1100~1180℃。
(4)调节氩气流量到1500~2000mL/min，并通入300~400 mL/min的氢气。
(5)开启精密流量泵，将反应溶液通过毛细管注入反应室。
(6)反应完毕，停止氢气，调整氩气的流量至100 mL/min，使产物在氩气气氛中冷却至室温，收集产物。
4.实验结果与分析各组得到的碳纳米管的AFM照片如下所示：2012-10-182012-10-252012-11-012012-11-082012-11-152012-11-22由以上AFM 照片可清晰地看出，制得的碳纳米管呈细长而柔软的管状。
10月25日与11月1日制备得到的CNTs 呈缠结状态，分布较杂乱。
11月8日制得的CNTs 虽有缠结，但已呈现出较好的取向性。
11月15日制得的CNTs 似乎为多壁碳纳米管，也表现出一定的取向性，且与10月18日制得的CNTs 相比，直径明显增大。
单壁碳纳米管的制备及其在储氢方面的应用近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes）是研究的热点，因其具有优异的物理和化学性能而广受关注。
单壁碳管（Single Wall Carbon Nanotubes，SWCNTs）是其中的一类，以其超强的电磁放射特性和管道内原子的力学聚集体独特性扮演了重要的角色，并被广泛用于储存氢能。
为加强该材料的储氢性能，有必要进行系统的研究，以更好地了解其物理性质和结构。
单壁碳纳米管可以采用不同的制备方法，例如电弧法、远红外辐射法、激光激发法、超声法和电火花等技术。
其中，激光诱导脱靶法（Laser-induced Target vaporization，LITV）是生产较高品质单壁碳纳米管的有效方法。
使用LITV技术可以实现一种低成本、可控制的制造过程，以实现有高性能、低污染的产品。
此外，该技术可以在温度低的情况下进行设计制作，减少能量和资源的消耗。
储氢方面，单壁碳纳米管的受控表面功能基结构被认为是改变催化性能的重要因素。
单壁碳纳米管表面上的功能性基团，如 -OH，-NH2和-C=O等，可以改善活性催化剂的活性表面，以改善反应速度和效率。
此外，在单壁碳纳米管表面形成的N-C2H4和N-C2H3-C2H3键被研究表明，可以显著提高氢的吸附作用。
同时，N-C2H4和N-C2H3-C2H3键的强度很高，可以防止氢脱附。
近年来，由于单壁碳纳米管具有优异的储氢性能，因此得到了广泛应用。
单壁碳纳米管可以用作高效、安全和可持续的氢能存储应用。
例如，它可以用于轻型汽车、航空发动机和电池等，以实现高效高容量的氢储存。
另外，它还可用于提高催化剂的活性，用于氢分离、氢协同催化等领域。
综上所述，单壁碳纳米管的制备以及其储氢性能的研究不仅能更好地了解其物理性质和结构，还能提高氢分子的吸附性，因此，引起了越来越多研究者的关注。
今后，将继续加强对单壁碳纳米管的研究，。
单壁碳
纳米管
性能表
征系统
随着纳米技术的不断发展，单壁碳纳米管的性能越来越受到科学家的关注。
然而，对于碳纳米管的性能表征一直是困扰碳纳米管技术谱测量技术。
相对其他测量方法，该技术主要有以下的优点：
1、较高灵敏度，即使碳纳米管的含量很低也能精确测量。
2、较高测量精度，对碳纳米管的（n,m）分辨率很高。
3、对待测样品要求低，可直接分析含较多杂质的样品。
4、测量设备相对简单，准备待测样品非常容易。
5、数据处理简单，测量结果无需考虑背景减除。
对于碳纳米管的表征，虽然荧光光谱测量技术有很大的优点，但是由于没有一套系统是专门针对研究碳纳米管而设计的，所以测量过处理数据非常繁琐且容易出错等等。
世界著名的碳纳米管专家美国莱斯大学的R. Bruce Weisman和Sergei M. Bachilo教授针对这些问题上唯一的碳纳米管专用测量系统。
其出色的性能也让NS1系统轻松赢得了2006年度美国Nanotech Brief’s Nano 50大奖。
Nano Spectralyzer (NS1)系统 NS1上的测量结果：单壁碳纳米管的近红外发射光谱。
实验目的1.了解碳纳米管材料的特性和生长基本原理；2.了解催化裂解法制取单、双壁碳纳米管的基本原则；3.掌握催化裂解法制取碳纳米管的工艺，制备出单壁（双壁）碳纳米管；4.了解扫描探针显微镜工作的基本原理；5.掌握制作扫描探针显微镜样品的方法，制备出可用于扫描探针显微镜检测的碳纳米管样品，并在扫描探针显微镜下观测和表征。
实验内容1. 了解单壁（双壁）碳纳米管生长的基本原理和制备工艺；2. 学习催化裂解反应合成单壁（双壁）碳纳米管的制备工艺，针对不同的硫浓度的反应溶液制取碳纳米管进行实验观察；3. 了解扫描探针显微镜的工作原理；4. 将碳纳米管样品制成扫描探针显微镜检测用的样品，并在扫描探针显微镜下对碳纳米管样品进行观测和表征。
实验步骤与注意事项制取单壁（双壁）碳纳米管的具体实验工艺如下：1.实验准备工作，密封反应室，通入氩气检验反应室的气密性；2.将适量的二茂铁溶液在二甲苯溶液李，加入适量的添加剂硫，配制成反应溶液；3.通入流量为100ml/min的氩气，加热反应室温度至1100-1180℃；4.调节氩气流量到1500-2000ml/min，并通入300-400ml/min的氢气；5.开启精密流量泵，将反应溶液通过毛细管注入反应室；6.反应完毕，停止氢气，调节氩气流量至100ml/min，是产物在氩气气氛中冷却至室温，收集产物。
碳纳米管的显微检测部分：1.实验先进行碳纳米管制备前的准备工作，在反应室升温的过程中准备SPM观测用的样品；2.分组提供SPM观测制备不同形态的单壁、双壁、多壁碳纳米管的样品。
碳纳米管的扫描探针显微镜形貌分析实验所用的扫描探针显微镜为原子力显微镜。
图1-图6分别是不同日期拍摄到的碳纳米管AFM照片。
可以看出，碳纳米管表面的形貌凹凸不平，许多碳纳米管相互缠绕在一起，碳纳米管分布大体上较为均匀，但无法从AFM照片观察到碳纳米管是单壁、双壁还是多壁结构。
根据图示的比例尺可以大概推算碳纳米管的平均壁厚在10-30nm之间，长度方向可达10μm以上。
《高分散单壁碳纳米管分散体的制备及其在水性聚氨酯涂料中的应用研究》一、引言碳纳米管因其独特的结构和卓越的物理化学性能，在众多领域都得到了广泛的应用。
其中，高分散单壁碳纳米管（SWCNTs）分散体在复合材料、电子器件、涂料等多个领域中表现出极大的潜力。
特别是在水性聚氨酯涂料中，SWCNTs的加入能够显著提高涂料的性能。
本文将探讨高分散单壁碳纳米管分散体的制备方法及其在水性聚氨酯涂料中的应用研究。
二、高分散单壁碳纳米管分散体的制备1. 原料与设备制备高分散单壁碳纳米管分散体所需的原料包括单壁碳纳米管、水性介质、分散剂、其他添加剂等。
设备主要包括超声处理器、搅拌器、离心机等。
2. 制备过程制备过程主要包括以下步骤：（1）对单壁碳纳米管进行预处理，如酸化处理，以提高其在水性介质中的分散性。
（2）将预处理后的单壁碳纳米管与水性介质混合，并加入适量的分散剂和其他添加剂。
（3）利用超声处理器对混合物进行超声处理，以使碳纳米管在高分子链中实现良好的分散。
（4）通过搅拌和离心等手段进一步优化分散体的性能。
3. 制备结果与表征通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、粒度分析等手段对制备的高分散单壁碳纳米管分散体进行表征，验证其分散性和稳定性。
三、高分散单壁碳纳米管在水性聚氨酯涂料中的应用研究1. 涂料制备将高分散单壁碳纳米管分散体与水性聚氨酯树脂、溶剂、助剂等混合，制备成水性聚氨酯涂料。
2. 性能测试与表征（1）涂膜的机械性能：测试涂膜的硬度、附着力、抗冲击性等指标，以评估涂料的机械性能。
（2）涂膜的耐候性能：通过人工加速老化试验，评估涂膜的耐候性能，如耐紫外线、耐湿热等性能。
（3）涂膜的电性能：测试涂膜的导电性能、电磁屏蔽性能等指标，以评估其在特定领域的应用潜力。
3. 结果与讨论通过性能测试与表征，研究高分散单壁碳纳米管在水性聚氨酯涂料中的应用效果。
结果表明，SWCNTs的加入能够显著提高涂料的机械性能、耐候性能和电性能。
氨基化单壁碳纳米管氨基化单壁碳纳米管是一种近年来备受关注的新材料。
它具有丰富的应用潜力，不仅在材料科学领域有广泛的应用前景，还在生物医学、能源储存等领域显示出远大的前景。
本文将探讨氨基化单壁碳纳米管的制备方法、表征手段以及其在不同应用领域中的研究进展。
首先，我们来了解一下氨基化单壁碳纳米管的制备方法。
目前，有几种常用的制备方法，如热解法、化学气相沉积法等。
其中，热解法是一种简单有效的制备方法。
通过在适当温度下将氯仿或乙酰胺等有机溶剂与单壁碳纳米管共热解，即可实现氨基化。
另外，化学气相沉积法也是一种常用的方法。
通过在高温下将氨气与单壁碳纳米管反应，可以实现氨基化。
接下来，我们来了解氨基化单壁碳纳米管的表征手段。
常用的表征手段包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）以及红外光谱等。
TEM可以对氨基化单壁碳纳米管的形貌和尺寸进行观察和测量，SEM则可以提供样品的表面形貌信息。
而红外光谱则可以通过观察样品的吸收谱线，确定氨基化单壁碳纳米管表面的官能团。
进一步，我们来讨论氨基化单壁碳纳米管在不同应用领域中的研究进展。
首先是在材料科学领域，氨基化单壁碳纳米管被广泛应用于纳米复合材料的制备中。
通过将氨基化单壁碳纳米管与金属、聚合物等材料进行复合，可以提高材料的力学性能、导电性能等。
此外，在生物医学领域，氨基化单壁碳纳米管也显示出良好的应用前景。
它可以被用作药物传递的载体，通过修饰不同的官能团，可以实现对药物的靶向输送。
另外，氨基化单壁碳纳米管还可以用于光热疗法、生物传感器等领域的研究。
在能源储存方面，氨基化单壁碳纳米管也显示出潜在的应用价值。
它可以用于超级电容器的制备，具有较高的比电容和良好的循环稳定性。
此外，氨基化单壁碳纳米管还可以用于锂离子电池的负极材料。
综上所述，氨基化单壁碳纳米管是一种具有广泛应用潜力的新材料。
它的制备方法多样，表征手段丰富，能在材料科学、生物医学、能源储存等领域发挥重要作用。
单壁碳纳米管的分散分离及定量表征单壁碳纳米管（SWCNTs）作为一种重要的纳米材料，在许多领域中展示出了广泛的应用前景。
然而，由于其高度的纳米尺寸和独特的结构特性，SWCNTs的分散和分离一直是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍一种有效的方法，用于实现SWCNTs的高效分散和分离，并对其进行定量表征。
首先，我们采用了一种称为超声处理的方法来实现SWCNTs 的分散。
超声处理利用高频声波的能量来打破SWCNTs之间的聚集，从而将其分散到溶液中。
在超声处理过程中，我们需要控制超声功率、处理时间和溶液温度等参数，以确保SWCNTs得到均匀分散，而不会引起其结构的破坏。
其次，为了进一步提高SWCNTs的分散效果，我们引入了一种表面活性剂。
表面活性剂能够在SWCNTs表面形成一层包裹物，从而减少SWCNTs之间的相互作用力，使其更容易分散。
我们选择了一种亲水性较强的表面活性剂，以增强SWCNTs与溶液中水分子的相互作用。
然后，我们使用一种称为透射电子显微镜（TEM）的技术对SWCNTs进行定量表征。
TEM能够提供高分辨率的图像，使我们能够观察到SWCNTs的形貌和尺寸。
通过对图像的分析，我们可以得到SWCNTs的直径、长度和形态分布等信息。
最后，我们还使用拉曼光谱技术对SWCNTs进行进一步的表征。
拉曼光谱能够提供SWCNTs的结构信息，包括其结晶度、扭曲程度和杂质含量等。
通过对拉曼光谱的分析，我们可以定量地评估SWCNTs的质量和纯度。
综上所述，通过超声处理和表面活性剂的引入，我们成功地实现了SWCNTs的高效分散和分离。
通过使用TEM和拉曼光谱技术对SWCNTs进行定量表征，我们能够获得SWCNTs的形态、尺寸、结构和纯度等关键信息。
这些结果对于理解和应用SWCNTs在纳米材料领域具有重要意义，并为其进一步研究和开发提供了有力支持。
单壁碳纳米管的制备、提纯、分离及其在纳电子器件中的应用The Preparation, Purification, Dispersion and Application in Nanoscale Electronic Devices of Single-walled Carbon Nanotubes电子学系 99级赵晓雪摘要本文简要介绍了单壁碳纳米管的电弧法制备和提纯。
为使其能够应用于纳电子器件中，对提纯后的样品进行了超声波分离。
选用了不同的溶剂、浓度配比和超声时间。
初步尝试出乙醇和异丙醇为较好的溶剂。
样品纯度对分离的效果有直接的影响。
AbstractSingle-walled carbon nanotubes (SWTs) are prepared by the standard arc-discharge method and then purified. In order to pave the way for the application of SWTs in nanoscale field-effect transistor (FET), we disperse the tubes in several different solvents ultrasonically to attainindividual tubes. The best results were obtained using ethanol and isopropanol. The effect of dispersion depends remarkably on the sample purity.一、碳纳米管的制备㈠、碳纳米管的种类理想的碳纳米管（T）是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空的管体，可包含一层到上百层石墨层。
只有一层石墨片层的称为单壁碳纳米管(Single- walled carbon nanotube，SWNT or SWT)，含有一层以上石墨片层的则称为多壁碳纳米管( Multi-walled carbon nanotube，MWNT or MWT)。
碳纳米管的制备与应用碳纳米管是一种碳原子以特定结构组装形成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高热导率等优良性质，被视为未来材料领域的重要发展方向之一。
本文将分别从碳纳米管的制备和应用两个方面进行探讨。
一、碳纳米管的制备现代科技已经能够制备出不同规格和形态的碳纳米管，主要包括以下几种方法：1. 碳热还原法碳热还原法是制备碳纳米管的传统方法，其核心是将含有碳源的气体通过放电或高温热分解产生碳烟，再经过特定温度条件下的还原、气化、注入等过程得到碳纳米管。
这种方法的优势是制备过程简单、可控性好，但缺点是需要高温高压条件下反复重复操作，具有工艺复杂、成本高等问题。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过将含有碳源的气体与金属催化剂反应，使得碳源被催化转化为碳纳米管，其优势在于工艺简单、制备过程易控制，缺点是需要高催化剂浓度条件下反复反应，具有生产过程中催化剂残留、生成的碳纳米管质量不稳定等问题。
3. 电弧放电法电弧放电法通过在氧气或氮气等气氛中以石墨电极为原料进行高温高能的放电反应，使得碳原子以碳纳米管结构组装形式存在，其优势在于能够制备出大面积、高纯度的碳纳米管，缺点是制备过程需要高强度放电条件下操作，存在粒径分布不均等问题。
以上三种方法都能够制备出碳纳米管，但其核心技术和优劣势等存在差异。
未来，人们将继续探索制备更优质、绿色环保的碳纳米管方法。
二、碳纳米管的应用碳纳米管具有优良的物理和化学性质，因此在多种领域具有重要的应用价值。
1. 电子领域碳纳米管具有优异的导电性能，可以用于电路的制作，具有极高的传输速度和低功耗等特点。
此外，碳纳米管还可以用于超级电容器、锂离子电池等电池领域，提高了电池的使用寿命和安全性。
2. 材料领域由于碳纳米管具有高强度、高硬度等特点，因此可以应用于复合材料、纳米增强材料、智能材料等领域。
例如，碳纳米管与高分子复合材料能够制作出超强、高韧、耐疲劳的纤维材料。
3. 生物医学领域碳纳米管与生物分子、细胞等具有优良的相容性和穿透性，能够用于生物分子传感、生物成像、药物传递等应用。
２０１０年３月 第３４卷第２期 安徽大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｒｃｈ ２０ｌＯ
Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２
高纯度单壁碳纳米管的制备与表征 贾 勇 ，鲁传华 （Ｉ．安徽中医学院药学院，安徽合肥２３００３１；２．安徽大学化学化工学院，安徽合肥２３００３９）
摘要：采用Ｃｏ／Ｍｏ二元金属催化剂，以甲烷为碳源，通过热化学气相沉积法制备出高质量的单壁 碳纳米管．分别用ＦＥ—ＳＥＭ、ＨＲ—ＴＥＭ和Ｒａｍａｎ光谱对产物进行了表征．通过控制沉积条件，研究了沉 积温度、碳源流量和氢气预还原对产物的影响，确定了最佳的制备工艺参数． 关键词：单壁碳纳米管；化学气相沉积；ＨＲ—ＴＥＭ 中图分类号：ＴＢ３８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—２１６２（２０１０）０２—００９３—０５
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ・－ｑｕａｌｉｔｙ ｓｉｎｇｌｅ・－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ
ＪＩＡ Ｙｏｎｇ 一．ＬＵ Ｃｈｕａｎ．ｈｕａ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｙ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｈｅ ｉ ２３００３ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙ ｓｉｎｇｌｅ—ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｃｏ／Ｍｏ ａｓ ａ ｃａｔａｌｙｓｔ ａｔ ８５００（；ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ，ａｒｇｏｎ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ．ＦＥ－ ＳＥＭ，ＨＲ．ＴＥＭ，ａｎｄ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ，ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｐｒｅｒｅｄｕｃｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＷＣＮＴｓ；ＣＶＤ；ＨＲ—ＴＥＭ
自从碳纳米管（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＣＮＴｓ）被发现以来 ｊ，应用研究结果表明碳纳米管在光学、电学、 磁学、生物医药和储能材料等众多领域有重要的应用前景［２ Ｊ．根据碳纳米管中石墨层数量不同，碳纳 米管可以分为单壁碳纳米管（ｓｉｎｇｌｅ—ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＳＷＣＮＴｓ）和多壁碳纳米管（ｍｕｌｔｉ—ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＭＷＣＮＴｓ）两种．目前碳纳米管的制备已经发展出多种方法，主要包括电弧放电法 …、 激光蒸发法“］、化学气相沉积（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）法Ｈ 、水热法¨ 等．其中ＣＶＤ法最为常 用，ＣＶＤ法又分为两类，分别是等离子体增强ＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ—ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ） 法和热ＣＶＤ 法．ＰＥＣＶＤ法通过辅助设备产生等离子体，其中含有大量高能量电子，可以提供化学气相沉积时所需的 激活能．与ＰＥＣＶＤ法相比，热ＣＶＤ法制备ＣＮＴｓ不需要其他辅助设备，因此操作更加简便，且制备成本 较低． 热ＣＶＤ法制备ＣＮＴｓ时一般使用金属作为催化剂，其中最常用的是Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等过渡金属，同时有 研究表明少量的金属Ｍｏ添加到催化剂中可以提高碳纳米管的产率，而且Ｍｏ在一定程度上可以阻止催
收稿日期：２００９—０４—２２ 作者简介：贾勇（１９７６一），男，安徽金寨人，安徽中医学院讲师，安徽大学博士研究生． 引文格式：贾勇，鲁传华．高纯度单壁碳纳米管的制备与表征［Ｊ］．安徽大学学报：自然科学版，２０１０，３４（２）：９３—９７ 安徽大学学报（自然科学版） 第３４卷 化剂颗粒的长大，非常有利于ＳＷＣＮＴｓ的制备¨ ．Ａｇｏ 等采用Ｆｅ／Ｍｏ二元金属作为催化剂，甲烷 为碳源制备出了ＳＷＣＮＴｓ阵列，拉曼光谱结果表明ＳＷＣＮＴｓ中仍然存在少量的缺陷；Ｚｈａｎｇ¨ 等和 Ｍｕｒａｋａｍｉ Ｃ他 等采用Ｃｏ／Ｍｏ二元金属作为催化剂，分别以ＣＯ和乙醇为碳源，制备出的ＳＷＣＮＴｓ同样存 在少量缺陷．另外热ＣＶＤ法制备的ＣＮＴｓ的质量还受到催化剂种类、催化剂制备方法和反应条件的影 响，因此利用热ＣＶＤ法制备高质量的ＳＷＣＮＴｓ仍然比较困难．该研究利用Ｃｏ／Ｍｏ二元金属催化剂、甲 烷作为碳源，采用热ＣＶＤ法，制备出几乎没有缺陷的高质量的ＳＷＣＮＴｓ，并考察了沉积温度、甲烷流量 和氢气预还原对产物的影响．
１ 实验部分 １．１试剂与仪器 醋酸钼（［Ｍｏ（ＯＣＯＣＨ，） ］：）、醋酸钴（Ｃｏ（ＣＨ ＣＯＯ） ・４Ｈ：Ｏ）、乙醇均为分析纯． ＯＴＦ一１２００Ｘ开启式真空管式炉（合肥科晶材料技术有限公司）；ＦＥＩ Ｓｉｒｉｏｎ一２００型场发射扫描电 子显微镜（ＦＥ—ＳＥＭ，美国ＦＥＩ公司），加速电压５ ｋＶ；ＪＥＯＬ一２０１０型高分辨透射电子显微镜（ＨＲ— ＴＥＭ，日本电子株式会社），加速电压１２０ ｋＶ；ＲＡＭＡＮＬＯＧ ６型激光拉曼光谱（Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，美国 ＳＰＥＸ公司），激发波长５１４．５ ｎｍ，扫描范围５０～１ ８００ ｃｍ～． １．２实验方法 １．２．１ Ｃ０／Ｍｏ催化剂的制备 准确称取一定量的醋酸钼和醋酸钴分散于无水乙醇中，其中醋酸钼和醋酸钴的摩尔比为１：ｌ，超声 ２ ｈ后得到总浓度为５×１０～ｍｏｌ・Ｌ 的Ｃｏ／Ｍｏ催化剂溶液，放置在冰箱中低温保存．将表面含有约 ２５０ ｎｍ ＳｉＯ，氧化层的ｓｉ片，依次在蒸馏水、无水乙醇和丙酮中超声清洗，晾干后浸入Ｃｏ／Ｍｏ催化剂溶 液３０ ｓ，取出后在氮气流下晾干，然后在马弗炉中４００℃煅烧５ ｍｉｎ，冷却后即在基底表面形成Ｃｏ／Ｍｏ二 元金属催化剂． １．２．２单壁碳纳米管的制备 单壁碳纳米管的制备反应在卧式石英管式炉中进行，首先将表面负载Ｃｏ／Ｍｏ催化剂的ｓｉ片放置在石 英舟中，然后将石英舟推人反应炉的恒温区．再通人流速为２５０ ｍＬ・ｍｉｎ 的高纯氩气（９９．９９９％）１０ ｍｉｎ， 关闭氩气，抽真空，再充氩气；以上过程重复三次以排除石英管中的空气．然后在２５０ ｍＬ・ｍｉｎ 氩气保护 下加热升温，当温度达到８５０℃时，同时通人流速为３００ ｍＬ・ｒａｉｎ。。的甲烷（９９．９９９％）和２０ ｍＬ・ｍｉｎ 的 氢气（９９．９９９％），３０ ｍｉｎ后关闭甲烷和氢气，保留氩气并冷却到室温．
２结果与讨论 ２．１产物的表征
图１ ＳＷＣＮＴｓ的ＦＥ－ＳＥＭ照片 Ｆｉｇ．１ ＦＥ—ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＳＷＣＮＴｓ 图１（ａ）、（ｂ）分别是ＳＷＣＮＴｓ的低倍和高倍ＦＥ—ＳＥＭ照片，结果显示在基底上制备出直径非常小
的线状产物，其长度在几百纳米到几微米之间．如前文所述，碳纳米管可以分为ＳＷＣＮＴｓ和ＭＷＣＮＴｓ，拉 曼光谱是区别这两种碳纳米管的有效手段之一．一般而言，ＭＷＣＮＴｓ在５０～１ ８００ ｃｍ 范围内只有两个 峰，分别为Ｇ带和Ｄ带，Ｇ带一般出现在１ ５７０～１ ５９３ ｅｍ 之间，是由石墨层的Ｅ 对称振动产生；而Ｄ 第２期 贾 勇，等：高纯度单壁碳纳米管的制备与表征 ９５ 带源自于Ａ， 对称振动，一般出现在１ ３００～１ ４００ ｅｍ 之间，其强度与碳纳米管中的缺陷和无定形碳有 关 ．与ＭＷＣＮＴｓ相比，ＳＷＣＮＴｓ除了Ｇ带和Ｄ带以外，在１００～４００ ｅｍ 范围内将出现径向呼吸模 （ｒａｄｉａｌ ｂｒｅａｔｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｂａｎｄｓ，ＲＢＭ）特征峰，这是判断碳纳米管种类的重要手段，另外根据ＲＢＭ峰的位 置，通过公式 ＝６．５＋２２３．７５／ｄ可以计算ＳＷＣＮＴｓ的直径 ，其中 是ＲＢＭ峰位置（ｃｎｌ ），ｄ是 ＳＷＣＮＴｓ的直径（ｎｍ）．图２是在基底上随机选取五个测试点得到的拉曼光谱图，其中１ ５９３ ｃＩｎ 为产物 的Ｇ带，在１００～４００ ｅｌｎ 范围内出现了明显的ＳＷＣＮＴｓ的ＲＢＭ，而且在１ ３００～１ ４００ ｃｉｎ 之间没有出 现Ｄ带，说明得到的ＳＷＣＮＴｓ几乎没有缺陷，而且没有无定型碳生成．ＲＢＭ振动频率主要有１８１、１７１、 １６４、１４７、１４２ ｃｍ～，据此计算得到的ＳＷＣＮＴｓ的直径分别为１．２８、１．３６、１．４２、１．６０、１．６５ ｎｍ．为进一步 对产物进行确认，将基底浸入无水乙醇中超声，使得ＳＷＣＮＴｓ脱离基底表面，然后对其进行了ＨＲ—ＴＥＭ 表征，如图３所示．
２００ ４００ ６００ ８００ １０００ ｌ２００ｌ４００１６００１８００ １００ １２０ １４０ １６０１８０２００ 波数／ｃｍ 波数／ｃｍ
图（ｂ）为图（ａ）中波数为１００～２００ ｃｍ。区域的放大图
图２ ＳＷＣＮＴｓ的拉曼光谱图 Ｆｉｇ．２ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＳＷＣＮＴｓ 图３ ＳＷＣＮＴｓ的ＨＲＴＥＭ照片
Ｆｉｇ．３ ＨＲ—ＴＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＳＷＣＮＴｓ 结果显示除了ＳＷＣＮＴｓ以外，没有观察到ＭＷＣＮＴｓ和其他类型的碳产物，选择其中三根ＳＷＣＮＴｓ 进行了测量，其直径分别为：１．４４、１．４４、１．６８ ｎｍ，与拉曼光谱计算的结果基本吻合．这一结果充分说明 利用Ｃｏ／Ｍｏ二元金属催化剂，在８５０℃时热分解甲烷制备出了高质量的ＳＷＣＮＴｓ． ２．２反应条件的影响 ２．２．１ 沉积温度 沉积温度是热ＣＶＤ法制备ＣＮＴｓ的重要参数，因此考察了沉积温度对产物的影响．由图４可以看出 沉积温度７００ ｏＣ时得到非常短的ＭＷＣＮＴｓ；当升高温度到７５０ ｏＣ和８００ ｏＣ时可以制备出比较稀疏的 ＳＷＣＮＴｓ，但是当反应温度提高到９００℃时，得到了ＳＷＣＮＴｓ与ＭＷＣＮＴｓ的混合产物，因此最佳的反应 温度为８５０ ｏＣ．这是因为沉积温度较低时，甲烷分解较少，碳源的供给量不足，与此同时催化剂颗粒在高 温下易团聚长大，因此只得到长度较短的ＭＷＣＮＴｓ；而当沉积温度达到９００ ｃｌＣ时，甲烷裂解加剧，碳源供 给较为充足，所以导致一些尺寸较大的颗粒催化生长ＭＷＣＮＴｓ，因此得到了ＳＷＣＮＴｓ与ＭＷＣＮＴｓ的混 合产物．
