[发明专利]基于层状双羟基金属氢氧化物制备单双壁碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单双壁碳纳米管制备的方法，特别涉及一种基于层状双羟基金属氢氧化物制备单双壁碳纳米管的方法，属于纳米材料及其制备技术领域。

背景技术

自从碳纳米管发现以来，其完美的结构和优异的性能引起了各国科学家和工程师的高度重视，进而开发了其在导电高强复合材料、经典屏蔽、锂离子电池、超级电容器、高档体育器材等诸多领域的应用。碳纳米管根据其壁数，可以分为单壁(1层)、双壁(2层)以及多壁(大于2层)碳纳米管。其中相比于多壁碳纳米管，单双壁碳纳米管具有直径小、缺陷少、比表面积大、结晶度高、强度高、韧性好、形变量大等特点。同时单壁碳纳米管的电子能带结构随其结构可以调变，是本征的金属/半导体性。如果能够可控地合成一定螺旋度的碳纳米管，进一步加工制作各种纳米电子器件，替代已有的从上到下的光刻技术，则可在很大程度上推进微电子工业的发展。双壁碳纳米管的壁数为两层，因而更容易耐化学腐蚀，保持稳定的管状结构。所以采用单双壁碳纳米管制作的各种材料都具有很好的性能，体现出优异的纳米特性。而实现这些潜在应用的前提是大量可控地制备单双壁碳纳米管。

从目前的碳纳米管合成技术来看，相比石墨电弧法和激光烧蚀法，化学气相沉积法具有条件温和、可控性好、设备要求低等诸多优势，因而成为制备单双壁碳纳米管的主流技术。1996年，戴宏杰等人采用CO作为碳源生长了单壁碳纳米管(Dai HJ et al.Chemical PhysicsLetters，1996，260(3-4)：471-475；Dai H et al，WO200009443-A；WO200009443-A1；US6346189-B1)。Smalley等人开发了CO高压歧化的方法，大量的制备单壁碳纳米管(NikolaevP et al.Chemical Physics Letters，1999，313(1-2)：91-97；Liu J et al.Chemical Physics Letters，1999，303(1-2)：125-129；Smalley RE，WO200017102-A；EP1115655-A；WO200017102-A1)。Resasco等人以CoMo为活性组分，CO为碳源，生长单壁碳纳米管(Resasco DE et al，WO200073205-A；EP1192104-A；WO200194260-A；D·E·莱萨斯克，专利公开号：CN1495127)。成会明等采用浮游催化剂方法，获得超长的单壁碳纳米管管束(成会明等，专利公开号：CN1221048；ChengHM，et al.Chemical Physics Letters，1998，289(5-6)：602-610.)。

纵观如上研究成果，可以看出，获得高温下稳定的纳米金属催化剂是生长单双壁碳纳米管的关键。所以负载型催化剂是最为常用和成熟的体系(Wei F et al.Powder Technology，2008，183(1)：10-20)。单纯的浸渍、离子交换、共沉淀往往由于存在局部浓度不均，金属载体相互作用力比较弱，这样获得的催化剂往往非常容易烧结，造成金属催化剂颗粒在载体上分布不均，进而产物中有单壁、双壁以及多壁碳纳米管，甚至产生炭包覆的金属催化剂颗粒。高温煅烧以及水热处理强化了金属颗粒在载体中的扩散，从而有利于改善金属分散度(宁国庆等，专利公开号：CN1762589)。如果我们能够使用过渡金属直接分散到基体中的物质作为催化剂，例如层状双羟基金属氢氧化物，这样就为提供一种高性能单双壁碳纳米管催化剂提供线索。