單壁納米碳管的化學(xué)氣相沉積法制備與表征.pdf

1、摘要4 X { 2 №o本文研究了單壁納米碳管的化學(xué)氣相沉積法( C V D ) 制備工藝，并運(yùn)用透射電子顯微鏡( T E M ) 、X —r a y 能譜( E D S ) 與喇曼( R a m a n ) 光譜等分析手段，對(duì)產(chǎn)物及催化劑進(jìn)行了表征。采用浸漬法、吸附沉淀法與溶膠凝膠法等制備了催化劑，并合成了單壁納米碳管。優(yōu)化了溶膠凝膠工藝，獲得了一種性能優(yōu)良的催化劑，制備出了較高產(chǎn)量的單壁納米碳管，R a m a n 光譜低頻段明顯的

2、單壁納米碳管的徑向呼吸模式( R a d i a lB r e a t h i n g M o d e ，R B M ) 特征峰，進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)果。此外，還丌發(fā)了一種高產(chǎn)‘量制備多擘納米碳管束的新工藝。／研究結(jié)果表明，催化劑制備工藝對(duì)單擘納米碳管的產(chǎn)量與產(chǎn)物形態(tài)具有關(guān)鍵的影響。本文所采用的檸檬酸法瞬時(shí)燒爆工藝制備的催化劑，顆粒小，載體與活性紕分接觸好，活性組分分散均勻，可望實(shí)現(xiàn)單壁納米碳管的大艦?zāi)Ｖ苽?。?duì)催化劑進(jìn)行摻鉬處理表明，它可

3、顯著提高催化劑催化裂解甲烷合成納米碳管的能力；作者在高溫下進(jìn)行了催化劑摻入金屬鉬的實(shí)驗(yàn)，得到了一利t 性能優(yōu)異的催化劑，以此制備的多擘納米碳管的旱柬狀分布，所得的半凡J ”物與催化劑之間的重量比達(dá)1 5 倍以卜。但對(duì)于摻入鉗酸銨的催化劑可提高單擘管產(chǎn)量的報(bào)道，本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不支持這一結(jié)論。本文實(shí)驗(yàn)綿果還顯示，對(duì)于不同的催化劑，它們的最佳生長(zhǎng)條件( 如溫度與氣氛等) 往往相籌甚大，因而在優(yōu)化生長(zhǎng)條件時(shí)必須針對(duì)催化劑的個(gè)性進(jìn)行具體的分析。b

4、＼ ＼【關(guān)鍵詞】單壁納米碳管，納米碳管束，化學(xué)氣相沉積( c v n )+ 本論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金( 批準(zhǔn)號(hào)：5 9 8 7 2 0 3 0 ) 和9 7 3 田家重點(diǎn)畢礎(chǔ)項(xiàng)¨( 順口編弓G 2 0 0 0 0 2 6 4 0 4 ) 的資助浙江火學(xué)碩士學(xué)位論史第一章文獻(xiàn)綜述1 單壁納米碳管的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)、各種制備方法與評(píng)價(jià)1 ．納米碳管與單壁納米碳管的發(fā)現(xiàn)1 9 9 1 年，同本N E C 公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的飯島( I

5、 i j i m a ) 教授發(fā)現(xiàn)了納米碳管”I ，為富勒烯家族增添了重要的一員。單壁納米碳管( S W N T ) 的發(fā)現(xiàn)【2 1 也得歸功于I O i m a 教授， 1 9 9 3 年，他在電弧放電法制各納米碳管的石墨電極中引入了F e 、C o 等過渡族金屬，在產(chǎn)物中首次看到了單壁納米碳管。2 單壁納米碳管的結(jié)構(gòu)按照T h o m a s ．W 1 3 1 定義，納米碳管( C N T s ) 是由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫

6、中空管。管壁僅由單層石墨面卷曲成的稱為單壁納米碳管( S W N T ) ，兩端通常由半球形的大富勒烯分子封住，直徑為零點(diǎn)幾到幾納米，長(zhǎng)度可在幾十個(gè)微米以上( 如圖1 ．1 所示) 。圖1 ．1 單壁納米碳管示意圖S W N T 的管壁是一個(gè)碳原子通過s p 2 雜化同周圍三個(gè)碳原子完全鍵合而成的、由六邊形平面組成的圓柱面；其平面六角晶胞邊長(zhǎng)為2 ．4 6 A ，最短的碳一碳鍵長(zhǎng)1 ．4 2 A 。頂端由五元環(huán)和七元環(huán)參與封閉。根據(jù)S

7、W N T 的螺旋向量( n ，m )”?？蓪 W N T 分為三種：n = 0 或m = 0 ，則稱為“之”型( Z i g z a g F o r m ) 的S W N T ：n - - - - m 則稱為“椅”型( A r m c h a i r F o r m ) 的S W N T ：其余的則稱為手性( C h i r a l F o r m )的S W N T 。其中，前兩種無螺旋性，；后一種有螺旋性。S W N T 的螺旋