[发明专利]一种在碳质载体表面直接制备碳纳米管的方法

权利要求书

1.一种在碳质载体表面直接制备碳纳米管的方法，包括下列步骤：

1)使催化剂或其前体附着在经改性的碳质载体表面；

2)使步骤1)所得的附着有催化剂或其前体的经改性的碳质载体接触还原性气体和碳源气体的混合气。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经改性的碳质载体表面具有这样的孔径分布：其中至少50％、更优选至少60％，甚至更优选至少70％的孔，如至少75％的孔，具有50nm-10μm、特别是0.5-2μm的孔径；

优选地，至多50％、更优选至多40％、甚至更优选至多30％的孔，如至多25％的孔，具有小于50nm的孔径；

优选的，所述经改性的碳质载体，其中最小的孔至少比在其中生长的纳米碳结构的直径大10倍。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述经改性的碳质载体在附着催化剂或其前体之前，还经过预处理，例如酸处理；

优选地，所述酸处理包括将所述碳质载体在酸中浸渍例如1分钟至12小时，例如5分钟至5小时，如5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、1、2、3或4小时；

优选地，所述酸选自盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸、磺酸、硒酸，或其两种以上的混合物；例如，浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸中的一种或其两种以上的混合酸，例如浓盐酸与浓硝酸的混合酸，浓硫酸与浓硝酸的混合酸等；

优选地，所述混合酸中各酸的体积比可以为任意比例，例如，当所述混合酸为浓硝酸和浓硫酸的混合物，或为浓盐酸和浓硝酸的混合物时，其中浓硝酸与浓硫酸的体积比、或浓盐酸与浓硝酸的体积比可以为1:10至10:1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或1:2、1:3、1:4、1:5；

优选地，将碳质载体在混合酸(浓硝酸:浓硫酸＝3:1)中浸渍30分钟。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤1)包括将经改性的碳质载体浸渍在催化剂或其前体的溶液中，然后干燥；

优选地，所述催化剂或其前体的溶液浓度为0.05-500mM，例如0.1-300mM或1至200mM，浸渍时间为例如1分钟至12小时，例如1分钟至5小时，如5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、1、2、3或4小时；

优选地，所述干燥的温度为例如50℃至140℃，优选60℃至120℃，例如70℃至110℃、80℃至100℃；干燥时间优选1小时至20小时，更优选3至15小时，例如5小时至10小时；

优选地，所述催化剂的前体可以为金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属的无机酸盐、金属的有机酸盐、金属的乙酰丙酮化物或其混合物，例如可选自硝酸盐、醋酸盐、乙酰丙酮化物、草酸盐或柠檬酸盐；优选Fe(III)、Co或Ni的硝酸盐、醋酸盐或其混合物，例如硝酸铁。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)包括在500至1000℃，例如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃或900℃的温度下通入还原性气体(例如氢气)和碳源气体(例如乙炔)，使催化剂还原过程和碳纳米管生长过程同时进行；

优选地，分别通入还原性气体和碳源气体，其中所述还原性气体和碳源气体的流量比为200:30至200:100，例如200:50至200:80。