[发明专利]形成单壁碳纳米管的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请参考和要求2009年7月3日提交美国专利商标局且指定为序列号61/222,940的关于“Metal Incorporated TUD-1Catalyst for Carbon Nanotubes Synthesis”的申请的优先权利益。将2009年7月3日提交的所述申请关于所有目的的内容通过引用并入本文中，包括并入本文中未包含和PCT规则20.5(a)中提及的依照PCT规则4.18的任何元素或说明书、权利要求书或附图部分。

发明领域

本发明涉及一种形成单壁碳纳米管的方法。

发明背景

单壁碳纳米管(SWCNT)具有独特的一维结构，其具有非凡的热、机械、光电和电子性能，使得它们成为用于各种应用如电子器件、化学传感器或储氢器件的有希望选择(例如参见Jorio，A.，Dresselhaus，G.，Dresselhaus，M.S.，Eds.Carbon Nanotubes，Advanced Topics in the Synthesis，Structure，Properties and Applications；Springer：Berlin，2008；前言，第V-IX页)。

SWNT的电子性能取决于它们的几何，即直径和手性。各管结构可以以一对整数(n，m)确定，其说明石墨烯如何卷起以形成纳米管。这些手性指数(n，m)说明石墨烯网上碳纳米管的周长(手性矢量)。因此，整数(n，m)还决定碳纳米管的直径和螺旋性。如果m＝0，则纳米管称为“Z字形”。如果n＝m，则纳米管称为“扶手椅”。另外，纳米管称为“手性”，因为在这类情况下，原子螺旋的链围绕管轴而不是包围圆周。

在许多潜在应用中SWCNT的最佳性能依赖于管试样的(n，m)单分散性，因为具有不同(n，m)结构的SWCNT具有独特性能。大多数SWCNT合成方法产生具有宽(n，m)分布的管试样。研究证明可生产具有窄(n，m)分布(小于20个品种)的SWCNT，此外，(n，m)选择性可通过使生长条件如温度、催化剂载体、碳原料、气体压力和晶体平面最佳化而操纵。另外，当SWNT直径降低时，用于形成SWNT的石墨片上的可能选择(n，m)数降低，使得可能的手性构造多样性降低。因此具有窄直径分布的小直径SWNT是非常理想的，因为相应SWNT具有更均匀的电子性能。除所有那些生长条件外，催化剂在确定所生产的SWCNT的(n，m)分布中起最关键的作用。可导致具有所需(n，m)结构的SWCNT的大规模和经济生产的新催化剂的开发是SWCNT合成研究中的首要目标。