專利名稱：非晶碳納米管的大規(guī)模制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶碳納米管的制備方法。具體地，是利用低溫溶劑熱法大規(guī)模制備非晶碳納米管。
背景技術(shù)：
自從1991年日本電子公司(NEC)的S.Iijima正式發(fā)現(xiàn)碳納米管以來[參見Iijima S.，Nature，1991，354，56.]，在世界范圍內(nèi)掀起了對以碳納米管為代表的一維納米結(jié)構(gòu)的研究熱潮[參見(a)Rothschild A.，J.Am.Chem.Soc.2000，122，5169.(b)Pan Z.W.，Science2001，291，1947.]。碳納米管的結(jié)構(gòu)可以看作是由單層或多層、微小的圓筒狀石墨片形成的中空碳籠管，其尺度、特殊的結(jié)構(gòu)及組成賦予其極為獨特的性質(zhì)，而受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注，無論在基礎(chǔ)科學(xué)研究還是在技術(shù)應(yīng)用方面都具有非常重大的意義。碳納米管具有較大的比表面積，能吸附其他的原子和分子，因此在催化劑載體和儲氫材料方面有潛在的應(yīng)用前景[參見(a)Planeix J.M.，J.Am.Chem.Soc.1994，116，7936.(b)Liu C.，Science 1999，286，1127.]；碳納米管的電學(xué)性質(zhì)隨其晶格螺旋角和直徑的不同，可呈現(xiàn)金屬或半導(dǎo)體性，對其進(jìn)行摻雜，還能進(jìn)一步改變其導(dǎo)電特性，因此碳納米管可以用作未來的新型電子器件和微型傳感器[參見(a)Kong J.，Appl.Phys.A 1999，69，305.(b)Collins P.G.，Science 2000，287，1801.(c)Kong J.，Science 2000，287，622.]；碳納米管管壁的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由sp2雜化的C＝C共價鍵組成，鍵能很高，因此具有很高的強(qiáng)度，能極大的增強(qiáng)復(fù)合材料的韌性[參見Ruoff R.S.，Carbon 1995，33，925.]。
與管壁結(jié)構(gòu)由結(jié)晶良好的石墨片層組成的單層和多層碳納米管不同，非晶碳納米管的管壁則完全是由無規(guī)則排列的碳原子所構(gòu)成，因此非晶碳納米管在氣體吸附、催化劑載體等應(yīng)用領(lǐng)域更勝一籌，也更容易進(jìn)行化學(xué)修飾以進(jìn)一步功能化。
目前，已報道的制備非晶碳納米管的方法主要有電弧放電、化學(xué)氣相沉積、熱分解有機(jī)物和溶劑熱法等等[參見(a)Zhao T.K.，Carbon 2005，43，2907，(b)Nishino H.，Carbon 2003，41，2165，(c)Nishino H.，Carbon 2003，41，2819，(d)Hu Z.D.，J.Phys.Chem.B 2006，110，8263，(e)Xiong Y.J.，Carbon 2004，42，1447.(f)Luo T.，Carbon 2006，44，2844.]。但是這些制備方法都存在產(chǎn)率低、能耗高、設(shè)備復(fù)雜、必須外加催化劑和后處理復(fù)雜等問題。迄今為止，還沒有在低溫下，使用簡便的設(shè)備，無需催化劑參與，高效率地大規(guī)模制備非晶碳納米管的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種溫和條件下大規(guī)模制備非晶碳納米管的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種制備非晶碳納米管的方法，它是將二茂鐵溶于四氯化碳溶劑中攪拌均勻，然后升溫至120-180℃恒溫反應(yīng)12-72小時，反應(yīng)結(jié)束后，將過濾所得黑色產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇依次洗滌，最后置于真空下干燥，即可獲得非晶碳納米管。
上述的非晶碳納米管的制備方法，所述的二茂鐵與四氯化碳的用量比例是1mmol二茂鐵溶于20-50ml四氯化碳。
上述的非晶碳納米管的制備方法，所述的反應(yīng)是在聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。
本發(fā)明的非晶碳納米管經(jīng)粉末X-射線衍射(XRD)測定，結(jié)果表明沒有明顯的衍射峰，為完全非晶的產(chǎn)物。沒有發(fā)現(xiàn)雜相峰，說明產(chǎn)品的純度比較高。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)分析，觀察到本發(fā)明的非晶碳納米管的外直徑為250～300nm，壁厚為40～50nm，長度在2～6μm之間，產(chǎn)率超過90％。
本發(fā)明制備所得的非晶碳納米管的純度較高，納米管的外直徑為250～300nm，壁厚為40～50nm，長度在2～6μm之間。本發(fā)明制備非晶碳納米管的方法生產(chǎn)能耗低、效率高，無需外加催化劑，方法簡便易行，原料簡單易得，能連續(xù)化、大批量生產(chǎn)，規(guī)模易于擴(kuò)大，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的非晶碳納米管的XRD圖；圖2為本發(fā)明的非晶碳納米管的SEM圖片，圖2b中箭頭所指處為納米管的開口。
圖3a為本發(fā)明的非晶碳納米管的TEM照片和相應(yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)圖樣，圖3b為本發(fā)明的非晶碳納米管的微區(qū)成分(EDS)分析結(jié)果。
具體實施例方式
實施例1.非晶碳納米管的制備一種制備非晶碳納米管的方法，它是將2mmol二茂鐵溶于50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至180℃恒溫反應(yīng)12小時。反應(yīng)結(jié)束后，將過濾所得黑色產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇依次洗滌3次，最后置于真空中80℃下干燥10小時，即可獲得非晶碳納米管0.8克。產(chǎn)物經(jīng)粉末X-射線衍射(XRD)測定，結(jié)果(見附圖1)表明沒有明顯的衍射峰，為完全非晶的產(chǎn)物。沒有發(fā)現(xiàn)雜相峰，表明產(chǎn)品的純度比較高。通過SEM分析(見附圖2)，觀察到本發(fā)明的非晶碳納米管是外直徑為250～300nm，壁厚為40～50nm，長度在2～6μm之間。由TEM分析中的選區(qū)電子衍射圖樣和微區(qū)成分分析結(jié)果(見附圖3)可進(jìn)一步證實這些納米管為非晶的碳納米管。
實施例2.非晶碳納米管的制備2mmol二茂鐵溶于50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至180℃恒溫反應(yīng)18小時，制備的其他條件同實施例1。同樣也得到尺寸和形態(tài)類似的產(chǎn)品0.8克。
實施例3.非晶碳納米管的制備2mmol二茂鐵溶于50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至160℃恒溫反應(yīng)24小時，制備的其他條件同實施例1。同樣也得到尺寸和形態(tài)類似的產(chǎn)品0.6克。
實施例4.非晶碳納米管的制備2mmol二茂鐵溶于50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至120℃恒溫反應(yīng)3天，制備的其他條件同實施例1。同樣也得到尺寸和形態(tài)類似的產(chǎn)品0.4克。
實施例5.非晶碳納米管的制備1mmol二茂鐵溶于50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至180℃恒溫反應(yīng)12小時，制備的其他條件同實施例1。同樣也得到尺寸和形態(tài)類似的產(chǎn)品0.35克。
實施例6.非晶碳納米管的制備2mmol二茂鐵溶于40ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至180℃恒溫反應(yīng)12小時，制備的其他條件同實施例1。同樣也得到尺寸和形態(tài)類似的產(chǎn)品0.65克。
權(quán)利要求
1.一種制備非晶碳納米管的方法，其特征是將二茂鐵溶于四氯化碳溶劑中攪拌均勻，然后升溫至120-180℃恒溫反應(yīng)12-72小時，反應(yīng)結(jié)束后，將過濾所得黑色產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇依次洗滌，最后置于真空下干燥，即可獲得非晶碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶碳納米管的制備方法，其特征是所述的二茂鐵與四氯化碳的用量比例是1mmol二茂鐵溶于20-50ml四氯化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶碳納米管的制備方法，其特征是所述的反應(yīng)是在聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。
全文摘要
一種制備非晶態(tài)碳納米管的方法，它是將1mmol二茂鐵溶于20－50ml四氯化碳中攪拌均勻，移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，然后升溫至120－180℃恒溫反應(yīng)12－72小時。反應(yīng)結(jié)束后，將過濾所得黑色產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇依次洗滌3次，最后置于真空中80℃下干燥10小時，即可獲得非晶碳納米管。本發(fā)明制備非晶碳納米管的產(chǎn)率超過90％，生成能耗低、效率高，無需外加催化劑，方法簡便易行，原料簡單易得，規(guī)模易于擴(kuò)大，適合連續(xù)化、大批量生產(chǎn)。
文檔編號C01B31/00GK101070150SQ200710021019
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者沈健民, 侯文華, 朱俊杰 申請人:南京大學(xué)