一种高性能多壁碳纳米管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能多壁碳纳米管及其制备方法，涉及碳纳米管领域。本发明专利技术制备碳源材料，将石墨烯和碳化硅颗粒混合，放入炉管中，在氢气氛围下进行碳化反应，得到富含石墨烯的碳化硅颗粒；制备多壁碳纳米管，将制备好的碳源材料与辅助材料混合，放入化学气相沉积反应器中，在高温和高压的气氛下进行反应，合成多壁碳纳米管；后处理多壁碳纳米管，将制备好的多壁碳纳米管进行氧化处理，在高温和氧气氛围下进行反应，得到氧化多壁碳纳米管；然后将氧化多壁碳纳米管进行还原处理，在高温和氢气氛围下进行反应，即得高性能多壁碳纳米管。本发明专利技术制得的高性能多壁碳纳米管，具有高产率高质量、高性能的优点，可以广泛应用于电子学、化学等领域。化学等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能多壁碳纳米管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米管领域，特别是涉及一种高性能多壁碳纳米管及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)作为一种新型的纳米材料，在电子器件、催化剂和电化学能源等领域都有着广泛的应用前景。但是，由于碳纳米管的制备和后续处理过程存在一定的困难，影响了其在工业化生产中的应用。
[0003]目前，常见的碳纳米管制备方法有化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)、电弧放电法(Arc discharge)、激光热解法(Laser Ablation)等。但是，这些方法的制备成本高、成品质量不稳定、管径分布不均等问题限制了其在大规模工业化生产中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高性能多壁碳纳米管及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高性能多壁碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤(1)：制备碳源材料，将石墨烯和碳化硅颗粒混合，放入炉管中，在氢气氛围下进行碳化反应，得到富含石墨烯的碳化硅颗粒；
[0008]步骤(2)：制备多壁碳纳米管，将制备好的碳源材料与辅助材料混合，放入化学气相沉积反应器中，在高温和高压的气氛下进行反应，合成多壁碳纳米管；
[0009]步骤(3)：后处理多壁碳纳米管，将制备好的多壁碳纳米管进行氧化处理，在高温和氧气氛围下进行反应，得到氧化多壁碳纳米管；然后将氧化多壁碳纳米管进行还原处理，在高温和氢气氛围下进行反应，即得高性能多壁碳纳米管。
[0010]作为优选，步骤(1)碳源材料中的石墨烯和碳化硅颗粒的质量比为1:3
‑
1:5。
[0011]作为优选，步骤(2)辅助材料为铁、镍、钼等金属或金属化合物。
[0012]作为优选，步骤(2)化学气相沉积反应器的反应温度为800
‑
1000℃，反应气氛为氢气和甲烷气氛的混合气体，反应压力为10
‑
100kPa，反应时间为1
‑
5小时。
[0013]作为优选，步骤(2)碳源材料与辅助材料质量比为30：1
‑
50:1。
[0014]作为优选，步骤(3)氧化处理的温度为300
‑
500℃，氧气流量为10
‑
100mL/min，氧化时间为1
‑
5小时。
[0015]作为优选，步骤(3)还原处理的温度为600
‑
800℃，氢气流量为10
‑
100mL/min，还原时间为1
‑
5小时。
[0016]作为优选，多壁碳纳米管的直径为10
‑
50纳米，长度为1
‑
10微米，层数为10
‑
50层，比表面积大于500m2/g。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术，本专利技术的有益效果是：
[0018]多壁碳纳米管表面羟基化改性：
[0019]本专利技术采用一种新颖的氧化处理方法，实现了多壁碳纳米管表面羟基化改性，从而提高了多壁碳纳米管的亲水性和催化剂载体的催化效率。该方法是将多壁碳纳米管与一种羟基化试剂进行反应，生成表面羟基化的多壁碳纳米管。与未经表面改性的多壁碳纳米管相比，表面羟基化的多壁碳纳米管具有更好的水分散性和生物兼容性，可以更好地用于生物医学领域的应用。此外，表面羟基化的多壁碳纳米管还可以作为优良的催化剂载体，提高催化剂的催化效率；
[0020]高温热处理方法：
[0021]本专利技术采用一种新颖的高温热处理方法，实现了多壁碳纳米管的空间结构重新排列和孔径大小均匀化。经过高温热处理后，多壁碳纳米管的壁之间的空隙得到进一步缩小，孔径大小更加均匀，并且多壁碳纳米管的层数也得到了进一步控制。这样的处理方法可以提高多壁碳纳米管的比表面积和催化活性，从而提高多壁碳纳米管在催化剂、电化学和储能等领域的应用性能。此外，高温热处理还可以使多壁碳纳米管表面发生一定程度的石墨化，增加了多壁碳纳米管的导电性和热稳定性，从而进一步提高了其在电化学和储能领域的应用性能。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1
[0024](1)制备碳源材料：将石墨烯与碳化硅颗粒按照质量比1:5置于球磨机中，球磨处理30min，得混合材料，接着将混合材料置于炭化炉中，接着于氢气氛围，温度为1200℃条件下，处理5h后，接着降温至室温，得碳源材料；
[0025](2)制备多壁碳纳米管：将碳源材料与辅助材料按照质量比50:1置于球磨机中，球磨处理30min，得球磨混合料，接着将混合料置于化学气相沉积反应器中，于温度为1000℃，气氛为氢气和甲烷气氛的混合气体，反应压力为100kPa，反应时间为5小时，得多壁碳纳米管；
[0026](3)后处理多壁碳纳米管：将制备好的多壁碳纳米管置于1号反应器中，于温度为500℃，氧气流量为10mL/min条件下，氧化时间为5小时，得到氧化多壁碳纳米管；然后将氧化多壁碳纳米管置于2号反应釜中，于温度为800℃，氢气流量为100mL/min条件下，还原时间为5小时，即得高性能多壁碳纳米管。
[0027]实施例2
[0028](1)制备碳源材料：将石墨烯与碳化硅颗粒按照质量比1:4置于球磨机中，球磨处理26min，得混合材料，接着将混合材料置于炭化炉中，接着于氢气氛围，温度为1000℃条件下，处理4h后，接着降温至室温，得碳源材料；
[0029](2)制备多壁碳纳米管：将碳源材料与辅助材料按照质量比30：1置于球磨机中，球磨处理30min，得球磨混合料，接着将混合料置于化学气相沉积反应器中，于温度为800℃，气氛为氢气和甲烷气氛的混合气体，反应压力为50kPa，反应时间为3小时，得多壁碳纳米管；
[0030](3)后处理多壁碳纳米管：将制备好的多壁碳纳米管置于1号反应器中，于温度为400℃，氧气流量为60mL/min条件下，氧化时间为3小时，得到氧化多壁碳纳米管；然后将氧化多壁碳纳米管置于2号反应釜中，于温度为700℃，氢气流量为80mL/min条件下，还原时间为3小时，即得高性能多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：制备碳源材料，将石墨烯和碳化硅颗粒混合，放入炉管中，在氢气氛围下进行碳化反应，得到富含石墨烯的碳化硅颗粒；步骤(2)：制备多壁碳纳米管，将制备好的碳源材料与辅助材料混合，放入化学气相沉积反应器中，在高温和高压的气氛下进行反应，合成多壁碳纳米管；步骤(3)：后处理多壁碳纳米管，将制备好的多壁碳纳米管进行氧化处理，在高温和氧气氛围下进行反应，得到氧化多壁碳纳米管；然后将氧化多壁碳纳米管进行还原处理，在高温和氢气氛围下进行反应，即得高性能多壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的一种高性能多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳源材料中的石墨烯和碳化硅颗粒的质量比为1:3
‑
1:5。3.根据权利要求1所述的一种高性能多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述辅助材料为铁、镍、钼等金属或金属化合物。4.根据权利要求1所述的一种高性能多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述化学气相沉积反应器的反应温度为800
‑
1000℃，反应气氛为氢气和甲烷气氛的混合气体，反应压力为10
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昭云，陈亮，黄智杰，
申请(专利权)人：苏州信敏惠纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：