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等离子体射流法制备高纯竹节状碳纳米管
  • ISSN号:1007-8827
  • 期刊名称:《新型炭材料》
  • 时间:0
  • 分类:TB383[一般工业技术—材料科学与工程] TQ127.11[化学工程—无机化工]
  • 作者机构:[1]大连理工大学化工学院炭素材料实验室暨大连理工大学精细化工国家重点实验室,辽宁大连116012
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(20376011),辽宁省自然科学基金(重大)项目(2001101003)及教育部新世纪优秀人才资助计划项目(NCET-04-0274).
中文摘要:

以乙醇为碳源,二茂铁为催化剂,氮气为电弧工作气体,利用等离子体射流在常压下制备高纯度竹节状多壁碳纳米管。用TEM和HRTEM等技术对所得产品进行表征。发现在电弧电压140V~150V,电流220A~240A,将二茂铁和乙醇混合溶液(质量比为1:100)以50mL/min速度连续加入反应器,反应120S后,即可批量制备纯度在90%以上的竹节状碳纳米管;这些竹节状碳纳米管的管径尺寸均匀,为20nm左右,长度为数微米,其管壁呈典型的鱼骨状。产品中含有部分分叉结构,呈Y形竹节状碳纳米管。认为竹节状碳纳米管的形成涉及以下几个步骤:乙醇在等离子体射流中裂解产生大量碳活性物种,同时溶解在乙醇中的二茂铁生成催化剂颗粒:碳活性物种在催化剂颗粒上溶解、扩散并从催化剂颗粒上析出堆积成为碳纳米管管壁碳层,由于催化剂颗粒运动与碳层生长速度的差异,最终形成竹节状结构的碳纳米管。

英文摘要:

Bamboo-shaped carbon nanotubes (BCNTs) were synthesized continuously in high yields from ethanol in an arc plasma jet under atmospheric pressure with ferrocene as catalyst. The products obtained were characterized by TEM and HRTEM. The typical arc plasma conditions for the mass production of BCNTs at atmos- pheric pressure that can be achieved in about 120 s are direct current, 220-240 A; voltage, 140- 150 V; the in- jecting rate of ethanol and ferrocene mixture ( 100:1 by weight), 50 mL/min. It was found that the as-prepared BCNTs with a fishbone-type wall exist in an entangled state and have a uniform outer diameter of ca. 20 nm and a length of several microns. The purity of BCNTs in the final product is estimated to be over 90 %. BCNTs with branched morphologies are also observed occasionally. It is believed that several steps are involved in the growth of BCNTs. Once the mixture of ethanol and ferrocene is injected into the arc plasma reactor, ethanol undergoes decomposition reactions, releasing a large amount of active carbon species that work as the building blocks of BCNTs. At the same time, ferrocene is decomposed, yielding aggregated Fe particles that function as a catalyst for the growth of BCNTs. Active carbon species are immediately adsorbed by or dissolved inside the catalyst particles formed in situ, and graphene layers nucleate on the surfaces of the catalyst particle and finally grow into bamboo-shaped tubular structures because of the diffusion of carbon species inside the catalyst particles, and more importantly because of the difference in the mobilities of the catalyst particles and the graphitic shell.

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期刊信息
  • 《新型炭材料》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院山西煤炭化学研究所
  • 主编:成会明
  • 地址:太原市桃园南路11号中科山西煤化所
  • 邮编:030001
  • 邮箱:tcl@sxicc.ac.cn
  • 电话:0351-2025254
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-8827
  • 国内统一刊号:ISSN:14-1116/TQ
  • 邮发代号:22-164
  • 获奖情况:
  • 1999年、2000、2001年连续三年评为山西省一级期刊,荣获中科院2000年优秀期刊三等奖,入选2001年度科技部组织的“中国期刊方阵”,中国期刊方阵“双效”期刊,2004年获第三届中国百科杰出学术期刊奖,2005年获第三届国家期刊提名奖,2006年获第二届北方十佳期刊奖,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:5764