【阿里巴巴化工】摘要:以乙烯為碳源，碳納米管負載鐵基為催化劑，于790℃制備了平均直徑約為30nm的多壁碳納米管。研究了700~850℃范圍內碳納米管產物的形貌特征和純度，并與以Al2O3負載鐵基作為催化劑的產物進行了比較。利用SEM、TEM、拉曼光譜，對催化劑和產物進行了表征。發現在最佳反應溫度下，兩種催化劑制備的碳納米管形貌、直徑分布范圍及平均直徑相當，但以碳納米管負載鐵基為催化劑，產量明顯提高100%，且不具有難處理的氧化物載體，純度很高。
關鍵詞:無機非金屬材料；碳納米管；催化劑；制備
1991年碳納米管的發現，激發了納米材料實驗與理論的研究[1,。碳納米管的主要應用體現在場發射，納米探針，復合增強材料，儲氫材料等方面。作為一種新型的納米材料，由于其獨特的中空結構，大的比表面積和良好的導電性，碳納米管也被認為是超級電容器和電極的理想候選材料。制備出質量好的碳納米
管是一切應用的關鍵。而催化劑的制備是核心，催化劑的物理化學性質強烈影響碳納米管的晶化程度和形態。負載催化劑的載體必須具有良好的熱穩定性，合適的孔結構和大的比表面積。一般主要采用硅藻土(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等作為碳納米管制備的催化劑載體；但是這些金屬氧化物混在產物中不易除去。最近，有人用碳纖維和炭黑作為載體負載過渡金屬制備了二次碳以及碳納米管[3~5]，一定程度解決了上述問題。然而，用碳納米管做載體制備碳納米
管并不多見。
碳納米管作為一種新型的碳材料，其高的化學穩定性和優異的表面性質，使得其可以作為催化劑載體材料。關于碳納米管作為載體材料的研究國內外已有大量的報道。李春華[6]等人以鎳/碳納米管作為催化劑制備出了高產量的碳納米管。對碳納米管生長特性及其與生長條件和參數的關系進行研究，探索在生長過程中通過控制生長條件，實現碳納米管結構控制的方法，對于碳納米管的研究和應用都有重要意義。
筆者以乙烯為碳源，碳納米管負載鐵基為催化劑制備出了成晶良好的多壁碳納米管。利用SEM等手段對催化劑和產物進行了表征。發現在700~850℃范圍
內，催化裂解乙烯都能夠得到碳管，且在790℃最佳的反應溫度時，制備出的碳納米管直徑分布均勻，質量較好；催化劑溫度承受能力明顯提高。并與以Al2O3
負載鐵基作為催化劑的產物進行了比較。這一基礎性探索目的在于尋找新型的高產量和質量的碳納米管制備技術。
1實驗
1.1制備碳納米管載體
用于催化劑載體的碳納米管，是以Fe(Mo)/CNTs為催化劑，于680℃裂解乙烯制得。其中催化劑的制備與文獻[7]相同。將碳納米管粗品經濃HNO3回流處
理2h，然后過濾，用蒸餾水洗滌多次直至呈中性，在100℃的烘箱內烘干，從而除去催化劑顆粒和碳雜質，得到提純后的備用碳納米管。
1.2制備Fe2O3/CNTs和Fe2O3/Al2O3催化劑
Fe2O3/CNTs催化劑的制備工藝如下：取一定量用硝酸處理過的碳納米管，加入適量的無水乙醇，超聲20min；另取一定量的Fe(NO3)3·9H2O配成溶液，與上述碳納米管混合均勻，往其中加入氨水直至pH值大于7，同時磁力攪拌，之后繼續攪拌24h。將最后所得沉淀清洗潔凈，于100℃烘干，置于陶瓷舟中，在Ar氣的氣氛下，400℃灼燒2h。催化劑通過SEM(JEOL—6700F)表征。
Fe2O3/Al2O3催化劑的制備采用sol-gel法。取適量Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O配成溶液(使得Fe2O3和Al2O3質量比與Fe2O3和CNTs的質量比相同)，然后用氨水滴定，以后的操作同上．兩種催化劑在使用前均用瑪瑙缽研磨幾分鐘。
1.3多壁碳納米管的制備
實驗的主要設備是由程序控制升溫的電加熱爐。每次實驗均取0.1g催化劑平鋪在一個小陶瓷舟內，然后將陶瓷舟置于已插入電爐的石英管的中部。首先通Ar氣(40mL/min)30min將溫度升至550℃，再通入H2氣(80mL/min)20min升溫至指定的裂解溫度，之后通入碳源氣體(120mL/min)，同時將H2氣流量調為15mL/min，恒溫一段時間。反應結束后在Ar氣條件下冷卻至室溫。為了對比研究，以Fe/CNTs和Fe/Al2O3為催化劑，分別在700，750，790，810，850℃等溫度和不同的裂解時間情況下進行了實驗。以Fe/CNTs作催化劑制備的碳納米管，用TEM(JEM—100CXⅡ)和拉曼光譜(RM—1000型，Ar+激光器，激發波長514.5nm)表征。