阵列型碳纳米管及其制备方法技术

本发明专利技术属于碳材料制备技术领域，具体涉及一种阵列型碳纳米管及其制备方法。本发明专利技术通过以碳包覆的方式限制碳纳米管催化剂颗粒的长大，再煅烧去除碳包覆层，所得碳纳米管催化剂用于生长阵列型碳纳米管时，可使所得阵列型碳纳米管的管径＜8nm，属于小管径碳纳米管，且管壁厚度为2nm‑3nm，长度为30μm‑60μm，长径比为3000‑12000，缺陷密度更低，具有良好的应用前景和市场价值。

【技术实现步骤摘要】
阵列型碳纳米管及其制备方法
本专利技术属于碳材料制备
，具体涉及一种阵列型碳纳米管及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管作为一种具有代表性的纳米碳材料，引起具有较高的比表面积和低缺陷密度，长期以来受到了广泛的研究，并应用在光学、生物学、电学等多个领域。根据聚集状态，碳纳米管可分为阵列型碳纳米管和聚团碳纳米管。其中，阵列型碳纳米管是一类在基底表面整齐生长的、呈有序排列的碳纳米管，具有较好的取向性，有利于提升其导电、导热等效果。然而，目前阵列型碳纳米管的制备方法中，通常对所得碳纳米管的管径没有进行控制，而碳纳米管的管径将影响其比表面积、强度和缺陷密度等，小管径、高长径比的阵列型碳纳米管将具有更优异的性能表现。由此可见，制备小管径阵列型碳纳米管是碳纳米管的发展趋势之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种阵列型碳纳米管及其制备方法，旨在解决现有阵列型碳纳米管存在的管径较大的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种阵列型碳纳米管的制备方法，其包括如下步骤：提供过渡金属盐、层状无机物、第一碳源、第二碳源和溶剂；将所述过渡金属盐、所述层状无机物和所述第一碳源分散于所述溶剂中，经干燥处理得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在惰性气氛中进行煅烧处理，得到碳包覆材料；去除所述碳包覆材料的碳包覆层，得到碳纳米管催化剂；在惰性气氛中通入所述第二碳源，与所述碳纳米管催化剂进行化学气相沉积反应后，去除所述层状无机物，得到所述阵列型碳纳米管。本专利技术另一方面提供一种阵列型碳纳米管，其管径＜8nm，管壁厚度为2nm-3nm，长度为30μm-60μm，长径比为3000-12000。本专利技术提供的阵列型碳纳米管的制备方法中，通过将含有过渡金属盐、层状无机物和第一碳源的催化剂前驱体进行煅烧处理，过渡金属盐在煅烧过程中生成过渡金属氧化物，并被第一碳源高温分解所得的氢气还原为过渡金属单质，并分散于层状无机物上，再被第一碳源高温分解所得的无定型碳包覆，得到碳包覆材料，然后去除碳包覆层得到碳纳米管催化剂，用于生长碳纳米管。其中，通过对碳纳米管催化剂中间体进行碳包覆，可以有效抑制碳纳米管催化剂活性颗粒的粒径生长，使所得碳纳米管催化剂颗粒的粒径＜8nm。最后将该碳纳米管催化剂用于化学气相沉积反应生成阵列型碳纳米管，从而得到管径＜8nm且长度为30μm-60μm的阵列型碳纳米管。本专利技术提供的阵列型碳纳米管的制备方法不仅可控制所得阵列型碳纳米管的尺寸，还具有产量大、步骤简单、易于实施的优点，并且，通过以天然来源的层状无机物作为碳纳米管催化剂的载体，可提升过渡金属活性颗粒的分散面积，并显著降低阵列型碳纳米管的生产成本。常规的阵列型碳纳米管的长度一般在30μm以下，长径比一般在2000以下，比表面积一般在230m2/g以下。本专利技术提供的阵列型碳纳米管的管径＜8nm，属于小管径碳纳米管，管壁厚度为2nm-3nm，层数为4-8层，长度为30μm-60μm，长径比为3000-12000，比表面积≥250m2/g，与常规的阵列型碳纳米管相比，具有更高的长径比和更大的比表面积，且缺陷密度更低。高长径比可以提高碳纳米管的导电性能，同时比表面积大更有利于负载金属活性物质，因此本专利技术所得阵列型碳纳米管具有良好的应用前景和市场价值。附图说明图1为本专利技术实施例1所得阵列型碳纳米管的TEM图；图2为本专利技术实施例1所得阵列型碳纳米管的SEM图(10000×)；图3为本专利技术实施例1所得阵列型碳纳米管的SEM图(1000×)；图4为本专利技术实施例2所得阵列型碳纳米管的SEM图(1000×)；图5为本专利技术实施例3所得阵列型碳纳米管的SEM图(1000×)；图6为本专利技术对比例1所得碳纳米管的SEM图(100000×)；图7为本专利技术对比例1所得碳纳米管的SEM图(1000×)；图8为本专利技术对比例2所得碳纳米管的SEM图(100000×)；图9为本专利技术对比例2所得碳纳米管的SEM图(1000×)。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本专利技术的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。需要理解的是，本专利技术实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。本专利技术实施例提供了一种阵列型碳纳米管的制备方法，其包括如下步骤：S1、提供过渡金属盐、层状无机物、第一碳源、第二碳源和溶剂；S2、将过渡金属盐、层状无机物和第一碳源分散于溶剂中，经干燥处理得到催化剂前驱体；S3、将催化剂前驱体溶液在惰性气氛中进行煅烧处理，得到碳包覆材料；S4、去除碳包覆材料的碳包覆层，得到碳纳米管催化剂；S5、在惰性气氛中通入第二碳源，与碳纳米管催化剂进行化学气相沉积反应后，去除层状无机物，得到阵列型碳纳米管。本专利技术实施例提供的阵列型碳纳米管的制备方法中，通过将含有过渡金属盐、层状无机物和第一碳源的催化剂前驱体进行煅烧处理，过渡金属盐在煅烧过程中生成过渡金属氧化物，并被第一碳源高温分解所得的氢气还原为过渡金属单质，并分散于层状无机物上，再被第一碳源高温分解所得的无定型碳包覆，得到碳包覆材料，然后去除碳包覆层得到碳纳米管催化剂，用于生长碳纳米管。其中，通过对碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列型碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供过渡金属盐、层状无机物、第一碳源、第二碳源和溶剂；/n将所述过渡金属盐、所述层状无机物和所述第一碳源分散于所述溶剂中，经干燥处理得到催化剂前驱体；/n将所述催化剂前驱体在惰性气氛中进行煅烧处理，得到碳包覆材料；/n去除所述碳包覆材料的碳包覆层，得到碳纳米管催化剂；/n在惰性气氛中通入所述第二碳源，与所述碳纳米管催化剂进行化学气相沉积反应后，去除所述层状无机物，得到所述阵列型碳纳米管。/n

【技术特征摘要】
1.一种阵列型碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供过渡金属盐、层状无机物、第一碳源、第二碳源和溶剂；
将所述过渡金属盐、所述层状无机物和所述第一碳源分散于所述溶剂中，经干燥处理得到催化剂前驱体；
将所述催化剂前驱体在惰性气氛中进行煅烧处理，得到碳包覆材料；
去除所述碳包覆材料的碳包覆层，得到碳纳米管催化剂；
在惰性气氛中通入所述第二碳源，与所述碳纳米管催化剂进行化学气相沉积反应后，去除所述层状无机物，得到所述阵列型碳纳米管。


2.根据权利要求1所述阵列型碳纳米管的制备方法，其特征在于，将所述过渡金属盐、所述层状无机物和所述第一碳源分散于所述溶剂的步骤中，所述过渡金属盐与所述层状无机物的质量比为(0.1-10):1；所述第一碳源的质量占所述过渡金属盐与所述层状无机物总质量的10％-500％。


3.根据权利要求1所述阵列型碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管催化剂的粒径＜8nm。


4.根据权利要求1所述阵列型碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述层状无机物选自层状氧化铝、层状氧化镁、拟薄水铝石、层状二氧化硅、蛭石、高岭土、蒙脱土、云母中的至少一种；和/或
所述过渡金属盐选自铁、镍、钴、锰、钼、钨中的至少一种金属的硝酸盐、氯化盐和/或可溶性有机盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄少真，万远鑫，孔令涌，王敏，余永龙，任望保，钟泽钦，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44