新型碳纳米管负载纳米金属镍催化剂及其催化性能
碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用
(54)发明名称碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用(57)摘要本发明提供了一种碳纳米管催化剂的制备方法、碳纳米管催化剂及其应用，该制备方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将固体成分在煅烧，制得碳纳米管催化剂。
该方法制得的碳纳米管催化剂，可以利用可见光‑芬顿协同氧化，实现光生电子和空穴的高效分离，有效提高光催化剂的可见光利用率和催化活性，而且便于回收和循环使用。
C N 115555042 A1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将氮源，碳纳米管，有机醇和纯水混合，超声搅拌至溶解，加热蒸发水分，冷冻干燥，在650‑750℃下煅烧，制得氮掺杂碳纳米管；将所述氮掺杂碳纳米管，六水合三氯化铁，碳酸钠，氟化钠和纯水混合均匀，加热至180‑220℃，冷却，加入纯水和有机醇，固液离心分离，洗涤固体成分并干燥，将所述固体成分在280‑320℃煅烧，制得所述碳纳米管催化剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述氮源包括三聚氰胺和尿素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机醇包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和正戊醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：获得所述氮掺杂碳纳米管煅烧时，在氮气或惰性气体气氛下煅烧，煅烧内升温速度为5‑10℃/min，煅烧时间为0.9‑1.1h。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：对所述固体成分干燥时，采用真空干燥箱在60‑70℃下干燥11‑13h。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于：所述固体成分煅烧时间为2.9‑3.1h。
碳纳米管材料的性能及其应用范围
碳纳米管材料的性能及其应用范围摘要：碳纳米管作为一种新型半导体材料在制作纳米级电子元器件中有着广泛的应用。
根据结构的不同，碳纳米管有金属型和半导体型两种，人们以半导体型碳纳米管制备了碳纳米管场效应晶体管，取得了良好的效果。
碳纳米管导热性是铜的5倍；它的拉伸强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6；其导电性根据结构的不同而异，可以是导体、绝缘体、半导体，甚至可以仅次于超导体。
关键词：碳纳米；性能及其应用范围一、碳纳米管材料的性能1.1力学性能碳纳米管由C-C共价键结合而成，同时又具有管径小、长径比大的特点，使碳纳米管具有优良的电学和力学性能，其杨氏模量和剪切模量与金刚石相当，理论强度是钢的100倍，并且具有很高的韧性，而密度仅为钢的1/7。
据报道[3]，在纳米碳管的拉伸过程中，当应力超过弹性变形以后，纳米碳管会通过较为特殊的塑性变形来改变形状以消除外来应力，即通过纳米碳管管壁的相邻两个六边形网格向成对的五边形和七边形转变（如图）。
纳米碳管不仅具有很高的强度，而且具有良好的塑性。
在透射电子显微镜观察中，还可以发现具有很大弯曲程度的纳米碳管，尽管在其截面上发生了极大的扭曲变形但仍然未发生断裂，主要原因就是纳米碳管通过其管壁外侧的拉伸和内侧的压缩塌陷甚至折叠来消除外来应力。
碳纳米管通过这种网格的結构变化来释放应力，不仅可以发生弹性变形而且可以发生一定的塑性变形，同时保持相当的强度而不断裂。
这种特性使之特别适宜作为复合材料，特别是聚合物基复合材料的增强相。
碳纳米管可以使镁基复合材料的微观组织晶粒得到细化，还可使力学性能也有所提高。
但当碳纳米管的加入量大于1%时，复合材料的抗拉强度随碳纳米管加入的增多而降低，有人认为这是由于过多的碳纳米管发生偏聚导致的。
1.2电学性能碳纳米管根据螺旋型构造和直径的不同，可以分为金属型和半导体型。
据报道，随机取向的宏观试样电导率近似103s/m，球状的非定向电导率大约50s/m。
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
【精品文章】碳纳米管应用前景和制备方法浅析
碳纳米管应用前景和制备方法浅析
1991年NEC公司的电镜专家在用高分辨电子显微镜(HRTEM)检查
C60分子时，意外地发现了一些完全由碳原子构成的直径为纳米级的管状物，后来人们把这种管状物称为碳纳米管(carbonnanotubes，简称CNTs碳纳米管)，其分子结构图见下图：
自发现碳纳米管以来，其超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能、潜在的化学性能等使碳纳米管的研究和制备一直是国际纳米技术和新材料领域的研究热点。
一、碳纳米管的前景应用领域
1、信息存储
由于碳纳米管作为信息写入及读出探头，其信息写入及读出点可达
1.3nm(当存储信号的斑点为10nm时，其存储密度为1012bits/cm2,称其为超高密度，比目前市场上的商品高4个数量级)，从而实现信息的超高密度存储,该技术将会给信息存储技术带来革命性变革。
2、制造微电子元件及电路
研究表明，利用化学蒸气沉积，催化剂粒子尺寸控制，碳纳米管定向自组装技术，可以在硅基体上成功实现自定向单分散性的碳纳米管的大规模排列。
通过实验发现这些碳纳米管具有电子场发射特性，同时样品显示了低操作电压和高电流稳定性。
这种制造方法与当前半导体的制作法是一致的，因此这种技术的推广可促进应用于微电子技术的碳纳米管装置的发展。
单电子晶体管是一种可以替代传统微电子元件而应用于未来微电子技术的理想元件。
随着碳纳米管组成的分子导线、二极管、场效应管、单电。
[讲解]介孔碳材料及负载金属催化剂表征
![[讲解]介孔碳材料及负载金属催化剂表征](https://img.taocdn.com/s3/m/178b00ff988fcc22bcd126fff705cc1755275fef.png)
介孔碳材料及负载金属催化剂表征摘要：介孔材料作为纳米材料的一个重要发展,已成为国际科技界普遍关注的新的研究热点.本文综述了以氧化铝、活性炭为载体负载镍基催化剂的研究方法。
1．前言近几年来，介孔材料作为一种新兴的材料在光化学、催化及分离等领域具有十分重要的应用，是当今研究的热点之一。
按照国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径在2-50nm范围的多孔材料称为介孔(中孔)材料。
按照化学组成，介孔材料可分为硅基和非硅基组成两大类，后者主要包括碳、过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等，由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示出硅基介孔材料所不能及的应用前景[1]。
按照介孔是否有序，介孔材料可分为无定形(无序)介孔材料和有序介孔材料[2]。
前者如普通的SiO2气凝胶、微晶玻璃等，孔径范围较大，孔道形状不规则；后者是以表面活性剂形成的超分结构为模板，利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在1.5-30nm，孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料，如M41S等。
介孔材料的特点在于其结构和性能介于无定形无机多孔材料(如无定形硅铝酸盐)和具有晶体结构的无机多孔材料(如沸石分子筛)之间,其主要特征[3]为：具有规则的孔道结构；孔径分布窄，且在1.5-10 nm之间可以调节；经过优化合成条件或后处理，可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；颗粒具有规则外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性。
现阶段有多种方法可对介孔材料进行表征。
差热/热重(DTA/TG)分析可用于表征物质表面吸附、脱附机理及晶型转变温度，并可鉴别中间体。
X射线衍射分析(XRD)法是利用衍射的位置决定晶胞的形状和大小，以及晶格常数。
透射电镜(TEM)是在极高、极大倍数下直接观察样品的形貌、结构、粒径大小，并能进行纳米级的晶体表面及化学组成分析。
而气体吸附测试(Adsorption measurement)法则是通过向介孔材料中通人氮气等气体来测试其孔径[4]。
氮掺杂碳负载镍基催化剂的设计合成及其电催化性能研究
氮掺杂碳负载镍基催化剂的设计合成及其电催化性能研究摘要：随着环境污染问题的日益严重，能源转化领域的研究备受关注。
设计、合成高效的催化剂是此领域的研究热点之一。
本研究采用杂化碳纳米材料为载体，将镍纳米材料与氮掺杂结合，制备出氮掺杂碳负载镍基催化剂。
通过SEM、TEM、XRD等表征手段对催化剂进行表征。
结果表明，氮掺杂对载体的晶格结构、表面电子结构和电荷密度分布有显著的影响，能够显著提升催化剂的电催化活性。
在酸性条件下，该催化剂对硫酸盐电解液中的氢气进行电催化还原反应时，表现出优异的电化学催化活性，且稳定性较好。
因此，该催化剂有望在能源转化领域中得到应用。
关键词：氮掺杂碳；镍纳米材料；催化剂；电催化性能；能源转化Introduction:随着全球对清洁能源需求的增加，能源转化领域的研究成为了研究的热点之一。
设计、合成高效的催化剂对于促进氢燃料电池和电化学制氢的发展至关重要。
传统的催化剂主要有Pt、Pd、Ru等，但是它们的使用受到了价格和供应的限制。
因此，寻找替代高效催化剂成为了研究重点之一。
杂化碳纳米材料因其特殊的晶体结构、优良的化学稳定性和高的导电性能，成为了作为载体制备催化剂的一种优良选择。
此外，将含氮组分掺杂到碳材料中，不仅可以增强催化剂对氧化物的吸附能力，还可以优化电子亲和力和电子密度分布等催化剂的属性，从而提升其催化活性。
本研究通过掺杂氮元素改变载体表面电荷分布和电子亲和力，将镍纳米材料均匀负载在氮掺杂碳载体上，制备出氮掺杂碳负载镍基催化剂。
采用SEM、TEM、XRD等表征手段对催化剂进行表征，并研究催化剂的电催化性能。
Results and discussion:实验结果表明，将镍纳米材料与氮掺杂碳载体结合，制备出氮掺杂碳负载镍基催化剂后，其表面结构得到了显著的改善。
此外，氮掺杂也使得催化剂电子密度分布更加均匀，并增强了界面导电性能。
这些因素促进了活性位点在表面形成，优化了催化剂的催化活性。
碳纳米管的结构、性能和应用
碳纳米管的制备、性质和应用摘要：综述了碳纳米管的研究进展，简单地介绍了单层碳纳米管和多层碳纳米管的基本形貌、结构及其表征，列举了几种主要的制备方法以及特点，介绍了碳纳米管优异的物理化学性质，以及在各个领域中潜在的应用前景和商业开发价值。
Abstract: the article reviews the study progress in nanotubes, and gives a brief introduction to single-layer carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes of their morphology, structure and characterization. At the same time ,the commonly used ways of preparation and principlesas well as the applications and research prospect of carbon nanotubes are also presented.Key words: carbon nanotubes ; preparation; application前言仅仅在十几年前，人们一般认为碳的同素异形体只有两种：石墨和金刚石。
1985年，英国Sussex大学的Kroto教授和美国Rice大学的Smalley教授进行合作研究，用激光轰击石墨靶尝试用人工的方法合成一些宇宙中的长碳链分子。
在所得产物中他们意外发现了碳原子的一种新颖的排列方式，60个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点，构成一个与现代足球形状完全相同的中空球，这种直径仅为0.7nm的球状分子即被称为碳60分子1-2。
此即为碳晶体的第三种形式。
1991年，碳晶体家族的又一新成员出现了，这就是碳纳米管。
日本NEC公司基础研究实验室的Iijima教授在给《Nature》杂志的信中宣布合成了这种一种新的碳结构3。
碳纳米管材料结构与性能的研究
碳纳米管材料结构与性能的研究中文摘要英文摘要关键词绪论研究背景碳纳米管是20世纪90年代发现的一种碳材料的一维形式，具有优良的物理化学性能。
纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出独特的电学、光学和机械特性，碳纳米管在物理、化学、信息技术、环境科学、材料科学、能源技术、生命及医学科学等领域均具有广阔的应用前景。
正是由于碳纳米管这种潜在的价值和广泛的应用前景，使有关碳纳米管材料的研究成为最受关注的研究领域之一。
纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注，它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带来了新的机遇。
碳纳米管材料的分类碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。
碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。
当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。
根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k ±1，碳纳米管为半导体型。
按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。
按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。
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关键词：纳米金属；镍催化剂；层状双金属氢氧化物；碳纳米管；加氢。 参考文献 [1] H. Wang, X. Xiang, F. Li, AIChE J., 2010, 56, 768-778.
Synthesis and Catalytic Property of Carbon Nanotubes Supported Nanosized Metal Ni Catalysts
01-P-044
新型碳纳米管负载纳米金属镍催化剂及其催化性能
王 佳，项 顼，李 峰*
北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，100029，北京 E-mail: lifeng@
本文首先通过共沉淀法合成了 NiAl-层状双金属氢氧化物/表面修饰碳纳米管复合前体 (NiAl-LDHs/CNTs) [1]，进一步采用复合前体自还原方法制备得到了一系列 CNTs 负载的纳米 金属镍催化剂，利用 BET，XRD，EDS，TPR，H2-TPD，SEM，TEM 和 XPS 等手段对产物 进行了表征。研究发现：在压力为 2.0MPa 和反应温度为 140℃的反应条件下，负载型纳米 金属镍催化剂对邻氯硝基苯选择性加氢反应表现高的催化性能(转化率 97%，对邻氯苯胺的 选择性达到 99%以上)。
Carbon nanotubes (CNTs) supported nickel nanoparticles were prepared by a self-reduction of NiAl-layered double hydroxide/carbon nanotubes (NiAl-LDH/CNTs) composite precursors. The catalysts exhibited high conversion of (97%) and excellent selectivity for o-chloroaniline (>99%) in the reaction of selective hydrogenation of o-chloronitrobenzene.
Conversion(%)Biblioteka 1008060
40
20
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Reaction tim e(m in)
Fig.2 Effect of reaction time on the conversion. (●)Ni-CNTs-4; (■) Ni-CNTs-3; (▼) Ni-CNTs-1; and (▲) Ni-CNTs-2.
100
●(111)
●Ni ○NiO
●(220)
○(220)
○(111) ○(200)
●(200)
CNTs(111)
Relative intensity(a.u.)
(a) (b) (c) (d)
20
30
40
50
60
70
80
2θ (degree)
Fig.1 XRD patterns of Ni-CNTs-1 (a); Ni-CNTs-2 (b); Ni-CNTs-3 (c); and Ni-CNTs-4 (d).
Jia Wang, Xu Xiang, Feng Li* State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, Beijing University of
Chemical Technology, Beijing 100029, P. R. China