CN119034825B 催化剂纳米粒子的制备装置及方法、单壁碳纳米管及其宏量合成装置及方法 （江西铜业技术研究院有限公司）

microplasmaforstructure-contnanotubes.ChemicalEmicroplasmaforstructure-contnanotubes.ChemicalEhighlyuniformstructure.Nanoscale.2020,本发明公开了一种催化剂纳米粒子的制备2deposition.Chemical3催化剂前驱体蒸汽体积浓度为3x1015cm_3~9x1018cm_3；将所述催化剂前驱体蒸汽引入微等离子体反应器内电离形成第一催化剂纳米粒子流，化剂纳米粒子流中的催化剂纳米粒子的浓度为2x1016cm_3~9x1020cm_3，所述第一流速为先将鞘层混合气体预热至第三温度，再将所述鞘层混合气体所述鞘层混合气体环绕所述第一催化剂纳米粒子流并保持第二流速，所述第三温度为300粒子流，所述第二催化剂纳米粒子流中的催化剂纳米粒子的浓度为2x1016cm_3~9x1022cm_3，所述第二催化剂纳米粒子流所含催化剂纳米粒子的粒径分布范围小于所述第一催化剂纳米粒子的粒径具有双峰尺寸分布，所述鞘层混合气体包括还原性气体和水蒸气或氧2.根据权利要求1所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，4.根据权利要求1所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，5.根据权利要求1所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，6.根据权利要求5所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，其特征在于：所述第二催化剂纳米粒子流中的催化剂纳米粒子的粒径集中分布在1nm~210.根据权利要求7所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，411.根据权利要求7所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，12.根据权利要求7所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂纳米粒子的方法，采用权利要求1_12中任一项所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的cm_3的催化剂纳米粒子流与碳源混合气体在1毫秒~10毫秒内进行混合反应，从而获得可控量合成可控直径单壁碳纳米管的方法具体包括：先将所述碳源混合气体预热至第四温度，21.一种单壁碳纳米管，其特征在于：所述单壁碳纳米管是由所述宏量合成可控直径单壁碳纳米管的方法制备获得的，所述单壁碳纳米管的G/D比超过22.一种实施权利要求1_12中任一项所述用于制备高体积浓度、窄直径分布的催化剂热机构用于将所述反应室内的环境温度保持在5所述催化剂供应机构用于对催化剂进行预热，并将催化剂引入至将鞘层混合气体引入至所述反应室内，所述鞘层混合气体环绕所述催化剂纳米粒子流分输送器与所述蒸发器连接，所述阻凝剂供应机构包括阻凝剂载气预热器和阻凝剂输送器，24.一种实施权利要求13_20中任一项所述宏量合成可控直径单壁碳纳米管的方法的速地扩散到所述催化剂纳米粒子流的中心区域，并阻止催化剂纳米粒子之间的碰撞和聚集。输送器与所述蒸发器连接，所述阻凝剂供应机构包括阻凝剂载气预热器和阻凝剂输送器，67缓解衰退问题，有效助力硅作为高容量负极活性材料的产业化应用，但如何实现宏亮[0003]浮动化学气相合成(FCCVD)是一种常见的合成单壁碳纳米管的方法。将催化剂前72克/天，纯度为25_50%之间，距离日产千克级别还有很大的距离（Diamond&Related制的微等离子体反应器蒸发出尺寸分布较窄为3nm的铁纳米粒子（JournalofAerosol8[0008]将所述催化剂前驱体蒸汽引入微等离子体反应器内电离形成第一催化剂纳米粒二催化剂纳米粒子流所含催化剂纳米粒子的粒径分布范围小于所述第一催化剂纳米粒子[0010]本发明实施例的第二个方面提供了一种宏量合成可控直[0011]于第二温度条件下，使催化剂纳米粒子的粒径为1nm~6nm、浓度不小于2×1016cm_3的催化剂纳米粒子流与碳源混合气体在1毫秒~10毫秒级内进行混合反应，从而获得可述加热机构用于将所述反应室内的环境温度保持在第二[0015]所述催化剂供应机构用于对催化剂进行预热，并将催化米粒子流引入至所述反应室内，所述鞘层混合气体供应机构用于对鞘层混合气体进行预[0016]本发明实施例的第五个方面提供了一种用于宏量合成可控直径单壁碳纳米管的9化剂纳米粒子流注入口设置，所述微等离子体发生器与所述催化剂纳米粒子流注入口连碳源混合气体引入至所述反应室内，所述鞘层混合气体环绕所述催化剂纳米粒子流分布，[0020]本发明通过采用多步化学气相合成工艺，成功实现了在极高体积浓度纳米粒子一创新突破，有效克服了高结晶性单壁碳纳米管在窄直径分布和产率方面所面临的难题，为相关领域的发展开辟了新道路。[0023]图1为本发明一典型实施案例中提供的一种微等离子体宏量合成单壁碳纳米管的[0024]图2为本发明一典型实施案例中提供的部分催化剂制备单元和生长单元的局部剖[0025]图3为本发明一典型实施案例中提供的一种微等离子体宏量合成单壁碳纳米管的[0032]图10为本发明实施例5制备的样品透射电镜测量铁纳米粒子和SWCNTs的直径分布[0036]将所述催化剂前驱体蒸汽引入微等离子体反应器内电离形成第一催化剂纳米粒所述第二催化剂纳米粒子流所含催化剂纳米粒子的粒径分布范围小于所述第一催化剂纳[0053]进一步的，所述第二催化剂纳米粒子流中的催化剂纳米粒子的粒径集中分布在[0060]本发明实施例的第二个方面提供了一种宏量合成可控直[0061]于第二温度条件下，使催化剂纳米粒子的粒径为1nm~6nm、浓度不小于2×1016cm_3的催化剂纳米粒子流与碳源混合气体在1毫秒~10毫秒内进行混合反应，从而获得可控三流速，且使所述碳源混合气体与所述催化剂纳米粒子流在1毫秒~10毫秒内进行混合反述加热机构用于将所述反应室内的环境温度保持在第二[0081]所述催化剂供应机构用于对催化剂进行预热，并将催化米粒子流引入至所述反应室内，所述鞘层混合气体供应机构用于对鞘层混合气体进行预[0083]本发明实施例的第五个方面提供了一种用于宏量合成可控直径单壁碳纳米管的化剂纳米粒子流注入口设置，所述微等离子体发生器与所述催化剂纳米粒子流注入口连碳源混合气体引入至所述反应室内，所述鞘层混合气体环绕所述催化剂纳米粒子流分布，第一催化剂纳米粒子流，反应单元220主要用于提供合成高浓度窄直径分布的催化剂纳米生长单元220包括高温生长管211、鞘层混合气体气幕注入口223和碳源混合气体气幕注入幕注入口223与微等离子发生器120同轴设置，微等离子发生器120一端插入到高温生长管过市购或本领域已知的定制加工获得，在此不对其具体的结构以及产品型号等进行限定。行宏量直径可控单壁碳纳米管的制备方法可以包括L/min；鞘层混合气体包含还原性气体和其它气体，鞘层混合气体的通入流速为3m/s~粒径为1nm~600nm的催化剂前驱体蒸汽，催化剂前驱体蒸汽经过微等离子发生器120的电微等离子发生器120喷出的第一催化剂纳米粒子流以流速大于5m/s在反应室内与鞘层混会快速地扩散到第一催化剂纳米粒子流的中心，阻止催化剂纳米粒子的进一步碰撞和聚[0099]本发明所制备的单壁碳纳米管的G/D比超过50，高结晶单壁碳纳米管的可控直径[0104]这一过程充分利用了微等离子体反应器的特性，通过精[0108]本实施例以本发明提供的一种微等离子体宏量合成单壁位于两个输送器115内的二茂铁、硫粉输送至蒸发器117中进行蒸发，形成粒径为1nm~[0112]将预热后的鞘层混合气体自高温生长管211内的反应室的外层空间输入至反应室[0113]紧接着，向反应室内通入预热后的碳源混合气体，碳源混合气体的通入流速为3[0117]本实施例以本发明提供的一种微等离子体宏量合成单壁合气体预热器将鞘层混合气体、碳源混合气体的温度预热至600℃、280℃,将高温生长管过微等离子发生器120的电离形成粒径为1nm~10nm、浓度为3×1016cm_3~第一催化剂纳米粒子流；从微等离子发生器120喷出的第一催化剂纳米粒子流以流速为8[0121]将预热后的鞘层混合气体自高温生长管211内的反应室的外层空间输入至反应室[0126]本实施例以本发明提供的一种微等离子体宏量合成单壁位于两个输送器115内的二茂铁、噻吩输送至蒸发器117中进行蒸发，形成粒径为1nm~催化剂纳米粒子流；从微等离子发生器120喷出的第一催化剂纳米粒子流以流速为12m/s[0130]将预热后的鞘层混合气体自高温生长管211内的反应室的外层空间输入至反应室[0135]本实施例以本发明提供的一种微等离子体宏量合成单壁位于两个输送器115内的二茂铁、噻吩输送至蒸发器117中进行蒸发，形成粒径为1nm~微等离子发生器120的电离形成粒径为1nm~7nm、浓度为2×1017cm_3~5×1020cm_3的第一催化剂纳米粒子流；从微等离子发生器120喷出的第一催化剂纳米粒子流以流速为21m/s[0139]将预热后的鞘层混合气体自高温生长管211内的反应室的外层空间输入至反应室[0144]本实施例以本发明提供的一种微等离子体宏量合成单壁位于两个输送器115内的二茂铁、噻吩输送至蒸发器117中进行蒸发，形成粒径为1nm~微等离子发生器120的电离形成粒径为1nm~7nm、浓度为6×1017cm_3~9×1020cm_3的第一催化剂纳米粒子流；从微等离子发生器120喷出的第一催化剂纳米粒子流以流速为18m/s[0148]将预热后的鞘层混合气体自高温生长管211内的反应室的外层空间输入至反应室第一催化剂纳米粒子流以流速为3m/s在反应室内与鞘层混合气显微术表征方法和紫外可见近红外吸收光谱表征方法标准参见GB/T32871_2016、GB/T;[0180]图7示出了实施例5制备得到样品的拉曼光谱RBM峰局部图，通过对拉曼光谱呼吸与从拉曼光谱计算得到的直径分布基本一致。进一步通过TEM表征结果进行统计如图10所[