[发明专利]一种多壁碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，尤其涉及一种方便快捷地多壁碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管的制备是对其开展研究和应用的前提。能够获得足够量的、管径均匀的、具有较高纯度和结构缺陷少的碳纳米管，是对其性能及应用研究的基础，而大批量、廉价的合成工艺也是碳纳米管能实现工业应用的保证。纵观所有已知的制备方法，我们可以发现一个共同的特点：通过各种外加能量，将碳源离解原子或离子形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。

目前，纳米碳管主要采用以下三种方法来制备：电弧法，石墨激光蒸发法，含碳化合物的催化裂解法。其中前两种方法所制备碳纳米管管直，结晶度高，一般为单壁碳纳米管，但产率低，常常混有大量的杂质(石墨碎片，无定形碳和纳米碳颗粒等)。由于这些杂质的存在，给碳纳米管的分离提纯造成很大的困难。而催化裂解法具有反应过程易于控制，装置易于设计，所用原料成本低等优越性。用此法制备出来的碳纳米管产率高，可以有多样化的形貌，也可以控制得到直径尺寸均匀，甚至取向一致的碳纳米管。但是，由于反应温度过低，制得的碳纳米管的石墨化程度较差，有很多的缺陷，特别是制备过程中引入了催化剂颗粒，最终附着或包覆在碳纳米管之中(通常在端部)难以去除，为碳纳米管的诸多性质的表征和进一步的应用带来了困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多壁碳纳米管的制备方法，所述方法能够方便快捷的制备多壁碳纳米管，且制备的多壁碳纳米管直径能够在50nm范围之内，产率高，且能够具有大的表面，中心具有准一维的中空管腔。

为了解决上述问题，本发明提供了一种多壁碳纳米管的制备方法。

一种多壁碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：

（1）将二茂铁放置于加热炉的反应室中；

（2）向反应室内通入惰性气体或氮气，以排除反应室内的空气，防止二茂铁被氧化；

（3）停止通入惰性气体或氮气，以10℃/min～15℃/min的升温速率加热反应室，使反应室温度升至400℃，以使二茂铁升华，

（4）以50ml/min-250ml/min的速率向反应室内通入氩气或氢气，以10℃/min～15℃/min的升温速率加热反应室，使反应室温度升至1200℃；

（5）继续以50ml/min～250ml/min的速率向反应室内通入氩气或氢气，并以8ml/min-50ml/min的速率向反应室内通入乙炔，在1200℃恒温一定时间，冷却至室温，得到多壁碳纳米管。

进一步，所述二茂铁的制备方法包括如下步骤：

（a）将环戊二烯二聚体在163℃～200℃下加热分解生成环戊二烯单体；

（b）在室温、常压下，向反应容器中加入环戊二烯单体及二甲基亚砜，随后加入碱性物质，搅拌若干时间；

（c）加入二价铁离子，继续搅拌，以得到含有二茂铁的混合物；

（d）提纯二茂铁，得到纯净的二茂铁粉末。

进一步，在所述步骤（a）中，生成所述环戊二烯单体后，将所述环戊二烯单体置于-20℃以下温度内保存。

进一步，所述碱性物质为氢氧化钠。

进一步，所述二价铁离子为四水氯化亚铁中的二价铁离子。

进一步，提纯二茂铁的方法为水蒸气蒸馏法。

进一步，在步骤（4）中，向反应室内通入氩气或氢气的速率优选为200ml/min。

进一步，在步骤（5）中，在1200℃恒温的时间为30min。

本发明的优点在于，方便快捷的制备多壁碳纳米管，且制备的多壁碳纳米管直径在50nm范围之内，产率高，且具有大的表面，中心具有准一维的中空管腔。

附图说明

图1所示为本发明多壁碳纳米管的制备方法的步骤示意图；

图2所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的扫描电镜照片；

图3所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的拉曼光谱；

图4所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的吸收光谱；

图5所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管在紫外-可见区域的吸收光谱；

图6所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管在及在400nm到760nm区域的吸收光谱；

图7所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的光限幅测量实验装置；

图8所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的透过光强随入射光强的变化关系；

图9所示为采用本发明方法制备的多壁碳纳米管的非线性透过率随入射光强的变化曲线；