[发明专利]单壁碳纳米管催化剂

说明书

交叉参考信息

本申请要求于2005年2月7日递交的美国临时申请No.60/650,726的权益和优先权，该专利申请通过引用而整体结合到本文中。

发明背景

发明领域

本发明涉及用于商业上制备单壁碳纳米管的材料和方法。更具体地说，本发明涉及包含络合氧化物的材料，当进一步加工时，该材料是含碳原纤维产物的有活性的活化催化剂。这些产物显示已知指示单壁碳纳米管存在的拉曼光谱和特征性透射式电子显微图两者。

相关技术描述

本发明属于碳纳米管(也称为原纤)领域。碳纳米管是直径小于1.0μ，优选小于0.5μ，甚至更优选小于0.2μ的蠕虫状碳沉积物。碳纳米管可以是多壁的(即具有超过一个或多或少与纳米管轴平行的饱和石墨(graphene)层)或单壁的(即仅具有单一与纳米管轴平行的饱和石墨层)。也已知其他类型的碳纳米管，例如鱼骨原纤(例如与管轴相比，其中饱和石墨层以鲱鱼鱼骨图案排列)等。产生时，碳纳米管可以是不连续的纳米管形式、纳米管聚集体(即包含缠绕的碳纳米管的密集、微观微粒结构)或两者的混合物。

碳纳米管可与商业上可获得的连续碳纤维不同。例如，连续碳纤维的直径(它总是大于1.0μ并且通常为5-7μ)，比碳纳米管的直径要大得多，碳纳米管的直径通常小于1.0μ。碳纳米管也比碳纤维具有超强的强度和传导率。

碳纳米管在物理上和化学上也与其他形式的碳例如标准石墨和碳黑不同。由于其结构，标准石墨可进行氧化直至几乎完全饱和。此外，碳黑是无定形碳，通常为具有饱和石墨结构的球状颗粒形式，例如围绕在无序核周围的碳层。另一方面，碳纳米管具有一个或多个有序的石墨碳原子层，基本上与纳米管的圆柱形轴同心排列。其中这些不同之处，使石墨和碳黑成为碳纳米管化学的差的预测者。

已进一步接受：多壁和单壁碳纳米管相互之间也不同。例如，多壁碳纳米管沿纳米管轴具有多个石墨层，而单壁碳纳米管在纳米管轴上仅具有单一石墨层。

制备多壁碳纳米管的方法也与用于制备单壁碳纳米管的方法不同。具体地说，产生多壁比单壁碳纳米管需要不同的催化剂、催化剂载体、原料和反应条件组合。某些组合也将产生多壁和单壁碳纳米管的混合物。

因此，为了确定该方法是否在工业规模上产生所需碳纳米管在商业上可行，经常检查两个特征。第一个特征是催化剂的选择性(例如，该催化剂将主要产生单壁碳纳米管或主要产生多壁碳纳米管或其他形式的碳产物？)。优选具有至少50％的选择性。第二个特征是催化剂的产率(例如，按照所使用的催化剂重量产生的碳产物重量)。

单壁纳米管催化剂的选择性可通过评价含原纤产物的拉曼光谱信号测定，这些信号可提供区别单(也许双)壁纳米管和多壁管的信息。例如，“Diameter-Selective Raman Scattering from Vibrational Modesin Carbon Nanotubes(碳纳米管中振动模式的直径选择性拉曼散射)”，Rao，A M等，Science，257卷，187页(1997)；Desselhaus，M.S.等，“SingleNanotube Raman Spectroscopy(单一纳米管拉曼光谱)”，Accounts OfChemical Research I，35卷，12期，1070-1078页(2002)，两者均通过引用结合到本文中。例如，具有足够小直径的单壁纳米管样品的拉曼光谱在150-300波数之间显示：“辐射状(radial breathing)形状”(RBM)峰，RBM峰下面积至少为特征性G带峰下面积的0.1％，G带峰的强度至少是特征性D带峰的两倍(G/D至少为2.0)。