一种催化剂及其制备方法、阵列型碳纳米管及其制备方法技术

本申请涉及碳纳米管催化剂材料的领域，具体公开了一种催化剂及其制备方法、阵列型碳纳米管及其制备方法。一种催化剂形成为片状纳米晶粒，所述片状纳米晶粒包括至少一种具有微波活性金属离子。该催化剂的制备方法为：S1、微波辅助反应；S2、静置陈化；S3、煅烧处理。一种阵列型碳纳米管由催化剂催化制备而成，阵列型碳纳米管具有复数个单元碳纳米管束；单元碳纳米管束包括复数根交缠且管长大于1μm的碳纳米管；单元碳纳米管束的管径为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法、阵列型碳纳米管及其制备方法


[0001]本申请涉及碳纳米管催化剂材料的领域，尤其是涉及一种催化剂及其制备方法、阵列型碳纳米管及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种新型的纳米材料，碳纳米管因其独特的纳米结构、优异的物理化学性质而引起了人们的广泛关注。碳纳米管在力学、电学、热学和光学等很多方面均表现出了特殊的性能，因而在许多领域产生了潜在的新应用。
[0003]一般而言，根据碳纳米管微观聚集状态，碳纳米管可分为阵列型碳纳米管和聚团碳纳米管。由于在无序堆积的催化剂上生长的碳纳米管呈现一定团聚结构，缠绕严重、呈无序排列状态，使后续的分散及其他加工过程变得困难。所以在一定条件下，可使碳纳米管呈现有显著取向，实现平行排列，即形成碳纳米管阵列。与聚团碳纳米管相比，阵列型碳纳米管具有一致的长径比、良好的取向和较高的纯度，从而有利于发挥其优良的性能。
[0004]相关的公告号为CN112871181A的中国专利技术专利公开了一种碳纳米管催化剂及其制备方法、碳纳米管的制备方法，可提高碳纳米管的产率，并降低碳纳米管的生产成本。所述碳纳米管催化剂的制备方法包括：将活性组分溶液、非活性组分溶液与碳载体进行混合，获得前驱体溶液；去除前驱体溶液含有的溶剂，获得前驱体；将前驱体在无氧条件下进行焙烧，获得碳纳米管催化剂，并用所述催化剂制备碳纳米管。然而采用上述专利的催化剂制备的碳纳米管结构不均匀，无法有效制备出阵列型的碳纳米管，且传统制备方法制备纳米催化剂工艺过程存在反应速度较慢，陈化时间较长，产生的晶体粒径较大等缺陷，不利于高质量高产量碳纳米管的生长。

技术实现思路

[0005]为了改善现有阵列型碳纳米管催化剂生产效率不佳，催化生产的碳纳米管材料质量存在缺陷的问题，本申请提供一种催化剂及其制备方法、阵列型碳纳米管及其制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种催化剂，采用如下的技术方案：一种催化剂为片状纳米晶粒且包括n种微波活性金属离子，所述微波活性金属离子种类n≥1。
[0007]通过采用上述技术方案，本申请优化了催化剂材料的结构，通过将催化剂制备成片状形态的纳米晶粒。由于在碳纳米管的实际成长和制备过程中，催化剂能显著影响其结构特性，所以本申请优化后的片状纳米晶粒具有更高的活性，更适合大批量生产倍率及导电性能更优异的阵列型碳纳米管。
[0008]本申请技术方案通过选用具有微波活性的金属离子制备该片状纳米晶粒，使该类催化剂在实际生产过程中，通过激发极性微观粒子的偶极子转向极化和界面极化而产生热效应，从而使制备出的催化剂材料具有良好的片状形态。
[0009]优选的，所述具有微波活性金属离子包括Fe离子、Co离子、Ni离子、Zn离子、Mg离
子、Al离子、Mo离子、La离子中的一种或多种。
[0010]通过采用上述技术方案，本申请进一步优化了具有微波活性的金属离子，通过上述具有微波活性的金属离子制备的催化剂材料，能在微波加热的辅助条件下，不断发生振动和移动，使得具有缺陷的晶格数目减少，从而使制备的催化剂材料的结构更规整，从而进一步优化制备的催化剂结构。
[0011]第二方面，本申请提供一种催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：S1、微波辅助反应：取具有微波活性的金属离子盐溶液置于微波反应装置中，微波加热并添加碱性盐溶液，保温搅拌反应；S2、静置陈化：停止搅拌后继续微波反应，静置陈化后，过滤并收集滤饼，洗涤干燥，收集得反应物；S3、煅烧处理：取反应物并煅烧处理，静置冷却后研磨过筛，即可制备得所述阵列型碳纳米管用催化剂。
[0012]通过采用上述技术方案，本申请通过微波辅助制备阵列型碳纳米管用催化剂材料，由于微波辅助时，其产生的微波辐射具有加热迅速的特点，使极性分子快速得到能量，运动加剧，明显缩短了晶化时间，从而节省了催化剂生产和反应的时间，提高了生产效率。其次本申请通过微波辅助，可以促进催化剂晶体纳米片层结构的良好生长，从而生产出倍率高，导电性能好的阵列型碳纳米管产品。
[0013]优选的，步骤S1所述的具有微波活性的金属离子盐包括可生成层状双羟基氢氧化物的金属离子盐。
[0014]通过采用上述技术方案，本申请优化了金属离子盐的种类，选用可生产层状双羟基氢氧化物的金属离子盐，由于层状氢氧化物由6个氢氧根配位于金属离子形成的八面体相互共享6个棱在晶体学ab平面上无限扩展而形成，该层状结构非常适合作为阵列型碳纳米管纵向生长的基体，所以将其作为催化制备的碳纳米管能生产出倍率高，导电性能好的阵列型碳纳米管产品。
[0015]优选的，所述碱性盐溶液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液或尿素溶液中的一种或两种。
[0016]通过采用上述技术方案，本申请优化了碱性盐溶液的种类，通过碱性盐溶液与具有微波活性的金属离子盐在微波条件下能共沉淀制备出具有优异结构的催化剂材料，从而能生产出倍率高、导电性能好的阵列型碳纳米管产品。
[0017]优选的，步骤S2所述微波加热包括：调节微波功率为500～4000W，控制微波加热反应温度50℃～100℃，微波反应时间0.5～6h。
[0018]通过采用上述技术方案，本申请进一步优化微波辅助的方案，调整了微波功率、温度和时间。由于长时间的高功率作用会加剧极性分子的运动，增强其与层间的作用力，同时减弱层与层之间的范德华作用，使沿层板堆叠方向的有序性降低，所以需要对微波功率、温度和时间进行良好的控制。而延长晶化时间或提高晶化功率会导致晶化生产的材料结构不完整，所以需要调整微波辅助的条件，使其制备的催化剂规整性有效改善，从而使该催化剂能生产出倍率高，导电性能好的阵列型碳纳米管产品。
[0019]优选的，步骤S2所述静置陈化的温度为50～100℃，静置陈化时间为1～12h。
[0020]通过采用上述技术方案，本申请进一步优化静置陈化的温度，通过调节静置陈化
的温度，使碱性盐溶液中电离或者水解产生的OH
‑
与具有微波活性的金属离子反应共沉淀。在碱性条件下，通过不断沉淀并生长，在微波辅助条件下，使其形成具有片状纳米晶体结构的催化剂颗粒，从而使该催化剂能生产出倍率高，导电性能好的阵列型碳纳米管产品。
[0021]第三方面，本申请还提供一种应用上述催化剂催化制备的阵列型碳纳米管，所述阵列型碳纳米管具有复数个单元碳纳米管束；所述单元碳纳米管束包括复数根交缠且管长大于1μm的碳纳米管；所述单元碳纳米管束的管径为0.2
‑
2μm。
[0022]通过采用上述技术方案，本申请通过催化制备阵列型碳纳米管呈现有显著取向，实现平行排列。与聚团碳纳米管相比，在阵列中，所有碳纳米管具有较一致的长径比、较好的取向、较高的纯度，从而有利于发挥其优良的性能。
[0023]优选的，所述阵列型碳纳米管的比表面积大于400m
²
/g，且粉末电阻率小于30mΩ
•
cm。
[0024]第四方面，本申请还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂为片状纳米晶粒且包括n种微波活性金属离子，所述微波活性金属离子种类n≥1。2.根据权利要求1所述的一种催化剂，其特征在于，所述具有微波活性金属离子包括Fe离子、Co离子、Ni离子、Zn离子、Mg离子、Al离子、Mo离子、La离子中的一种或多种。3.根据权利要求1～2任一项所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：S1、微波辅助反应：取具有微波活性的金属离子盐溶液置于微波反应装置中，微波加热并添加碱性盐溶液，保温搅拌反应；S2、静置陈化：停止搅拌后继续微波反应，静置陈化后，过滤并收集滤饼，洗涤干燥，收集得反应物；S3、煅烧处理：取反应物并煅烧处理，静置冷却后研磨过筛，即可制备得所述阵列型碳纳米管用催化剂。4.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的具有微波活性的金属离子盐包括可生成层状双羟基氢氧化物的金属离子盐。5.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱性盐溶液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液或尿素溶液中的一种或两种。6.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志文，宁国庆，赵杰，张美杰，郑涛，
申请(专利权)人：江苏天奈科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：