文献综述-催化剂镍对碳纳米管阵列制备的影响

本科毕业设计（论文）文献综述课题名称催化剂NI对碳纳米管阵列制备的影响学院（系）里仁学院建环系年级专业11级应用化学一、课题国内外现状碳纳米管，这种神奇材料的发现纯属偶然，同时又是科学工作者细心观察的必然结果。1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛IIJIMA在高分辨透射电子显微镜下检验用石墨电弧法制取的巴基球。在得到的碳灰中，他仔细观察才发现了一种多层的管状的结构，经研究证明它是同轴多层的碳纳米管。1碳纳米管是一种纳米尺度的新型碳材料，它是石墨的一层碳原子曲卷而成的无缝、中空的管体。碳纳米管具有高硬度，同时又非常的轻。理论计算和实验表明，单壁碳纳米管其强度是钢的100倍，而密度却只有钢的16，是一种新型的“超级纤维”材料。同时碳纳米管具有较高的长径比、较大的比表面积、优异的机械性能和独特的光电性质，使得它还在新型复合材料，纳米半导体材料，催化剂载体，生物工程，分子吸收剂和近场发射材料等高科技领域有着广泛的应用2作为储能材料，单壁碳纳米管如同一个纳米容器，可以用来储存氢气等气体以用于燃料电池中；作为电子器件，它可以作为量子导线，是电子器件可以达到纳米级别；此外，可以优化单壁碳纳米管制动器的能量转换效率，将电能直接转化为机械能，从而可以制得一种密度小而且强度高的材料。二、研究主要成果近几年，各个国家的科学家都在研究合成形貌比较好的碳纳米管阵列，同时不断改进改良制备工艺,1997年，ACDILLON等报道了单壁碳纳米管可以储存和稳定氢分子；2002年，英、美、法等国的科学家发现单壁碳纳米管可在光照下自燃，据此认为碳纳米管将会在遥控爆破等领域有用武之地；2008年，美国的科学家定量测定了单壁碳纳米管的电学性质。研究发现单壁碳纳米管中每32个碳原子就能够捕获并存储一个电子，并且很容易做到受控放电，这一发现对提高电子设备和太阳能电池的光电和电化学性能有很大作用；2010年，浙江大学和美国加利福尼亚大学科研人员成功合成世界上最小的碳纳米管结构的富勒烯C90，直径07NM，长11NM，兼有富勒烯和单壁碳纳米管的双重性质；2012年，碳纳米管应用在生物传感器上，使生物传感器的速度几乎增加了两倍。目前，科学家们对碳纳米管的应用进行研究的同时也在对其制备的工艺参数进行不断优化改进，以求降低工业化制备成本倍。对催化剂种类的选用也是多种多样的，有用NIMO双金属氧化物的、有用FE/MO/AL2O3作催化剂的、有用COMO/MGO做前驱体的、有对生物质进行加工作为催化剂的，等等，但总的来说，用于生长碳纳米管的催化剂可以归结为都是用的过渡金属，由于过渡金属本身的性质，其不满的D轨道可接受电子或者电子对，形成配合物。而催化作用的实质是借助配体与受体的配位作用而形成活性中间体，从而降低了反应活化能。其中选用生物质的也是选用木耳、菠菜等一些含FE元素的物质，从中提炼出FE等过渡金属元素，作为生长碳纳米管的催化剂。对于碳纳米管的制备方法，目前主要有化学气相沉积法、石墨电弧法、激光蒸发法，这三种，其中石墨电弧法是最早制备出碳纳米管的方法15，化学气相沉积法是目前应用最广泛的制备碳纳米管的方法511，也是能够批量工业化生产碳纳米管的方法，三、发展趋势碳纳米管作为一种新型材料，其发展势头必将是迅猛的。但其大规模制备至今仍是一个瓶颈，并且由于碳纳米管如此优异的各种性能，其以后的发展趋势必将是向能够大规模生产、低成本生产、高产率生产。14四、存在问题碳纳米管作为新兴纳米材料还存在一个至关重要问题，即如何实现高质量碳纳米管的连续批量工业化生产。碳纳米管制备现状大致是多壁碳纳米管能较大量生产，单壁碳纳米管多数处于实验室研制阶段，某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确34,12，即使是目前公认最好的化学气相沉积法，由于受众多参量如催化剂颗粒、碳源、温度、混合气体等影响，也还不能做到仔意调节和控制碳纳米管的结构，进而影响碳纳米管的产量、纯度。目前，每克单壁碳纳米管的价格是1000美元左右。可以想像若碳纳米管产量若能大幅上升，价格必降下跌，其应用范围与市场潜力将大为扩张，对碳纳米管的研究将会导致高科技领域的迅速发展，继而引发新的技术革命。35、主要参考文献1IIJIMASHELICALMICROTUBULESOFGRAPHITICCARBONJNATURE,1991,35456582KAZAOUIS，MINAMIN，KATAURAH，ETA1ABSORPTIONSPECTROSCOPYOFSINGLEWALLCARBONNANOTUBESEFFECTSOFCHEMICALANDELECTROCHEMICALDOPINGJSYNTHESISMETALS，2001，12112011202。3项少辉，碳纳米管的应用现状及展望，科学与财富，2011，24545。4OBERLINA,ENDOMFILAMENTOUSGROWTHOFCARBONTHROUGHBENZENEDECOMPOSITIONJJCRYSTALGROWTH,1976,323353495SRIVASTAVAA,SRIVASTAVAAK,SRIVASTAVAON2001CARBON392016DOUXY,ZHOUZP,TANPH,ZHOUJJ,SONGL,SUNLF,JIANGP,LIULF,ZHAOXW,LUOSD,ZHANGZX,LIUDF,WANGJX,GAOY,ZHOUWY,WANGGCHINPHYS20051420687BAIXD,LID,WANGY,LIANGJTSINGHUASCIENCEANDTECHNOLOGY2005107298TERRADOE,REDRADOM,MUNOZE,MASERWK,BENITOAM,MARTINEZMTDIAMONDRELATMATER20061510599LIDC,DAILM,HUANGSM,MAUALBERTWH,WANGZL2000CHEMPHYSLETT31634910CAOZL,WANGJN,DINGDY,DAIJH,YUFNEWCARBONMATERIALS2003184811PANCX,BAOQLJMATERLETT200221192712KONGJING，CASSELLALANM，DAIHONGJIECHEMICALVAPORDEPOSITIONOFMETHANEFORSINGLEWALLEDCARBONNANOTUBESJCHEMPHYSLETT，1998，29256757413XIANBAOWANG，WENPINGHU，YUNQILIU，ETA1，BAMBOOLIKECARBONNANOTUBESPRODUCEDBYPYROLYSISOFIRONIIPHTHALOCYANINEJCARBON，2001，391533153614邹永良,催化化学气相沉积法制备碳纳米管的研究，西南交通大学，2008115IIJIMAS,ICHIHASHIT,SINGLESHELLCARBONNANOTUBESOF1NMDIAMETER,NATURE