熱解火焰法催化裂解甲烷合成碳納米管的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、碳納米管是一種一維納米材料。自1991年，日本學(xué)者Iijima首次發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái)，碳納米管合成技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱門領(lǐng)域。碳納米管作為一種性能優(yōu)良的材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以甲烷為碳源，F(xiàn)e/Mo/A12O3為催化劑，采用熱解火焰法，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，探索以及優(yōu)化碳納米管的制備方法，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。通過(guò)不同的氧炔焰溫度、取樣高度、取樣時(shí)間、氣體流量比例、催化劑焙燒溫度對(duì)碳納米管的制備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在確定了較好的實(shí)驗(yàn)

2、條件之后，在碳納米管定向生長(zhǎng)方面進(jìn)行了探索。最后對(duì)比了一氧化碳和甲烷兩種不同碳源的合成產(chǎn)物。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(1)隨氧炔焰溫度升高，碳納米管產(chǎn)量增加且管徑明顯變細(xì)。氧炔焰溫度為1100℃時(shí)，最適宜碳納米管的生長(zhǎng)。當(dāng)氧炔焰溫度為1100℃時(shí)，取樣高度為80mm時(shí)產(chǎn)量相對(duì)于取樣高度60mm時(shí)更大。但取樣高度為60mm時(shí)合成的碳納米管更加筆直。(2)取樣時(shí)間為1 min時(shí)，碳納米管產(chǎn)物很少，隨取樣時(shí)間延長(zhǎng)碳納米管產(chǎn)量增加，9min的

3、取樣時(shí)間產(chǎn)物最多。(3) He流量變化會(huì)對(duì)碳納米管形態(tài)產(chǎn)生影響，CH4、H2流量變化對(duì)碳納米管形態(tài)影響不大;He、H2、CH4流量變化會(huì)影響碳納米管的產(chǎn)量，當(dāng)He、H2、CH4流量比2∶3∶6時(shí)，碳納米管產(chǎn)量最高且產(chǎn)物主要是單壁、雙壁、三壁碳納米管。(4) He、H2、CH4流量比為2∶3∶4時(shí)，催化劑焙燒溫度為550℃與700℃時(shí)，碳納米管產(chǎn)量較低;催化劑焙燒溫度為800℃、900℃、1000℃時(shí)，碳納米管產(chǎn)量較高，且催化劑焙燒溫度為

4、900℃時(shí)產(chǎn)量最高;拉曼光譜顯示催化劑焙燒溫度為800℃、900℃、1000℃時(shí)，碳納米管質(zhì)量較好且均合成了單壁碳納米管;催化劑焙燒溫度為800℃時(shí)，合成產(chǎn)物主要為雙壁碳納米管;催化劑焙燒溫度為900℃時(shí)，合成產(chǎn)物主要為單壁碳納米管與雙壁碳納米管;催化劑焙燒溫度為1000℃時(shí)，合成產(chǎn)物主要為單壁、雙壁碳納米管以及三壁碳納米管。(5)在碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程中施加電場(chǎng)的影響，碳納米管生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的定向性。(6)一氧化碳和甲烷分別作碳源時(shí)，合成