[发明专利]一种以含碳复合物为催化剂一步生长碳纳米管的方法

摘要

本发明公开了一种以层状复合金属氢氧化物/碳复合物(LDHs/C)为催化剂一步生长制备碳纳米管的方法。该方法先制备层状复合金属氢氧化物/碳复合物(LDHs/C)，再以该复合物为催化剂利用CVD法一步生长碳纳米管。复合物中的碳能够将焙烧形成的金属氧化物还原为尺寸一致的金属纳米颗粒，从而催化生长碳纳米管，使催化活性金属颗粒的形成与碳纳米管的生长一步完成。用该方法制备的碳纳米管管径在10～30nm、且管径分布均匀；该方法产率高、杂质含量少。本发明简化了碳纳米管的制备步骤，缩短了生产周期，节约了生产能耗，适合大规模生产。

主权项

1. 一种以含碳复合物为催化剂一步生长碳纳米管的方法，具体制备方法如下：A. 用去离子水与可溶性镍或钴盐以及可溶性铝盐配制含二价金属离子M2+和Al3+的混合盐溶液，其中金属离子的摩尔浓度分别为M2+：0.1～1.2mol L-1，Al3+：0.05～0.6mol　L-1；用氢氧化钠和碳酸钠配制混合碱溶液，其中氢氧化钠浓度为0.24～2.88mol L-１，碳酸钠浓度为0.1～1.2mol L-1；其中M2+代表Ni2+或Co2+，所述可溶性镍盐、钴盐和可溶性铝盐为其硝酸盐、氯化物、硫酸盐中的1种或2种；B. 将配好的混合盐溶液与混合碱溶液按1；1的体积比迅速倒入全返混液膜反应器中，旋转搅拌1～10min，将得到的悬浮液离心、水洗3～6次，即得到层状复合金属氢氧化物晶核，其化学式为[M2+1-xAl3+x(OH)2]x+(CO32-)x/2·mH2O，其中M2+是二价金属离子Ni2+或Co2+，x值在0.2～0.33之间；C. 配制浓度为0.02～2g/ml的碳源水溶液，按碳源与步骤B得到的层状复合金属氢氧化物晶核中的M2+的摩尔比为1～12∶1，将层状复合金属氢氧化物晶核与含碳源的溶液加入反应釜，再加入去离子水至反应釜总体积的70～95％，密封后加热至100～200℃，保温4～72小时；待反应结束，自然冷却至室温，取出产物，经离心分离，水洗、乙醇洗涤各3～5次，60～100℃干燥2～12小时，即得到层状复合金属氢氧化物与碳的复合物；D. 取步骤C得到的复合物0.02～0.2g置于管式炉内，通入氮气，气体流量为40～100ml/min，按升温速率0.5～10℃/分钟，升至500～800℃，保温1～12小时，同时通入碳源气体，保持碳源气体流量为4～10ml/min，保温结束后，关闭管式炉电源，使其温度降至室温，即得到碳纳米管产物。