燃料电池催化剂---碳纳米管
不同种类的碳纳米管（CNTs）
吸PdNix-B
BH4－的水解和氧化反应过程 粒径约为3.5 nm的PdNix-B纳米
颗粒在碳纳米管表面生长
CNTs为载体搭载贵金属作为催化剂
CNTs的疏水性强、石墨化惰性 不能被表面张力高于100～200 mN/m的液体 浸润 金属催化剂难以牢固地粘附在CNTs上 金属粒子易脱落、聚集
目录
燃料电池电催化剂 碳纳米管（CNTs） CNTs担载金属催化剂（Pt） CNTs作催化剂的性能表征 CNTs在微生物燃料电池中的应用
结论与展望
燃料电池-电催化剂
电的良导体
电
自身导电性 担载于电的良导体
Cabot公司的Vulcan XC-72R 比表面积：250 m2/g 粒径：20～30 nm。
催
化学相容性
耐电解质、酸、碱、 更高比表面积的活性炭
化
熔盐）
① 难以达到贵金属（如铂） 的均匀分布
剂
稳定性
Pt，Pd等贵金属/合金
② 浸入炭微孔内铂利用率
降低
高催化活性
镍/钨基电催化剂
③ 增大内扩散阻力
….
近年来，人们开始研究以碳 纳米管(CN Ts)作载体的复合
催化剂
碳纳米管（CNTs），1991年，由日本电子公司 （NEC）的饭岛(Ijiima)博士及其同事发现
活性炭：Pt 粒子沉积在微孔中，不能充分利 用，Pt利用率≈ 20 %
CNTs：仅有极少量这样的微孔，Pt的利用率 较高
Pt利用率↑，Pt用量↓，燃料电池的成本↓
碳纳米管（CNTs） 径尺寸-纳米量级 轴向尺寸-微米量级 一维量子材料
高稳定 性
高电导 率
管状 结构
可填充 性好
促 进
炭黑的氧化 活性表面积降低 颗粒聚集
Vulcan XC72和MWNT担载Pt的活性表 面积在氧化过程中随着时间变化曲线
各种状态下Pt的粒径分布 a) Vulcan XC-72 (初) b) Vulcan XC-72 (168 hrs 后) c) MNCTs (初) d) 处理后(168 hrs 后)
结构
石墨烯是由碳六元环组成 的两维(2D)周期蜂窝状点 阵结构，它可以翘曲成零 维(0D)的富勒烯(fullerene) ，卷成一维(1D)的碳纳米 管(carbon nano-tube， CNT)或者堆垛成三维(3D) 的石墨(graphite)，因此石 墨烯是构成其他石墨材料 的基本单元。石墨烯的基 本结构单元为有机材料中 最稳定的苯六元环，是最 理想的二维纳米材料。
入催化剂可显著促进质子穿越的过程。
激光石墨烯用作燃料电池催化 剂
• 低温质子交换膜燃料电池在发电站和电动车领域 具有广泛的应用前景。但是其低效率和高成本阻 碍了商业化。其阴极反应(氧还原)的速率非常低, 必须利用高负载贵金属铂电催化剂来降低过点位 。
激光石墨烯用作燃料电池催化 剂
• 美国莱斯大学Tour实验室的研究人员成功开发出 了一种成本更低的燃料电池催化剂解决方案。该 催化剂利用激光使得石墨烯与各类金属纳米颗粒 结合，同时结合后得到的金属激光氧化物嵌入石 墨烯本体内，该催化剂可以在电化学氧化还原反 应中保持很高的活性，此种激光石墨烯可代替昂 贵的铂而用作燃料电池催化剂。
碳纳米管搭载金属铂形貌表征
所合成Pt/MWCNT()的TEM 图像 (a)100 nm 尺度 (b)5 nm 尺度
CNTs在微生物燃料电池(MFC)中的应用
微生物燃料电池机理 示意简图
三种MFC的内阻及最大产电 功率密度
微生物附着于阳极 CNTs作为阳极催化剂载
体
总结与展望
优秀的燃料电池催化剂 本征 ① 高电导 ② 稳定性 ③ 高比表面积 ④ 特殊管状结构 表面改性后 ① 稳定吸附贵金属 ② 达到贵金属高度分散 ③ 阻止高分散纳米级再聚集
层厚度的二维纳米材料可以作为良好的“质子传导
膜”。石墨烯是一种由碳原子按照六角蜂巢晶格排
列而成的单层网状二维材料，二维氮化硼纳米材料
也具有跟石墨烯相似的六角网状结构。中德荷科学
家的研究表明，质子可以较为容易地“穿越”石墨
烯和氮化硼等二维材料，而其他物质则很难穿越，
从而解决了燃料渗透的问题。而且，升高温度或加
催化剂颗粒↑ ，催化剂的活性降低
三步法在单壁碳纳米管 上沉积Pt纳米颗粒
Pt通过HNO3 + H2SO4 的氧化反 应在CNTs上沉积的反应
CNTs/Vulcan XC72的催化剂性能比较
质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 强酸性 高电压 高温(∼80 ◦C) 燃料电池启动/停止 电压可达1.5V
实际应用上的局限 表面结构 制备技术
石墨烯
• 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化 方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原 子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石 墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和 康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从 石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺 贝尔物理学奖。
CN T 的管径小 、表面能大 易发生团聚 → 有效比表面积降低
CNTs的活化处理 在管的端口 、缺陷及侧壁化学修饰（氧化处理），产生的基团（羧
基）进行酰胺化 、酯化反应接上功能基团促进分散 用表面活性剂 、生物大分子及水溶性聚合物包覆在管外壁以促进分
散 ，作为催化剂担体 在纳米贵金属颗粒表面修饰高聚物或其他物质，通过它们的桥梁作
用与CN T 结合，再将贵金属担载到管表面
表面修饰法制备CNT担载Pt催化剂
① 强氧化性物质浸泡CNTs ② 表面生成－OH，－ COOH，－CO 等
官能团（亲水性能↑，成为金属成 核点）
③ 金属催化剂颗粒吸附
特点
除去碳杂质 增加 CNTs表面的亲水官能团 太多的表面官能团→CNTs的电阻↑，
燃料电池的质子传导膜
燃料电池的质子传导膜
•
燃料电池中的核心部件“质子传导膜”存在燃料渗 透等难题，极大限制了燃料电池的大规模应用
•
中国科大吴恒安教授、王奉超特任副研究员与英国 曼彻斯特大学安德烈·海姆教授课题组及荷兰内梅亨
大学研究人员合作，在石墨烯类膜材料输运特性研
究方面首次发现，石墨烯以及氮化硼等具有单原子
碳纳米管可制成更有效的燃料电池
碳纳米管可制成更有效 的燃料 电池
美 国戴 顿赖特 兄 弟大学 的研 究人 员报 道 ，含氮 的碳纳 米 管在用 于长 期燃料 电池 发 电时，
比铂 更便 宜 、效果 更佳 。 传 统 的燃料 电池 使用 昂贵 的铂 电催 化剂 。用于 乘用汽 车 时，它 的成本 接近 ４ ０ ０ ０美元 。
２０ 年 第 １ 期 ０９ Ｏ
在一个 自制的流动 反应器中， 在可控条件下令单个铝团簇与水结合。 水分子在铝团簇的 两个不同点位与之键合；其中一个点位表现为刘易斯酸，一个带正电荷的、打算获取 电子的 中心； 另一个点位则表现为刘易斯碱， 而 一个带负电荷的、准备给出一个电子的中心。刘易 斯 酸铝 键与水 中的氧结 合 ，而 刘 易斯 碱铝 键则分 解 出一 个氢 原子 。 如 果这一 过程 再一 次发生 于 另两 个铝 点位与水 之 间，则 可有 两个氢 原子 生成 ， 结合 在 并 起 生成氢气 （ 。这一方法可 以无需供热而制取氢气，也无需依赖 电池或者电力。一旦 Ｈ） 铝 团簇 被合成 ，它们 将根 据需 求提供 氢气 ，也无 需储氢 装置 。此项研 究受 到美 空军科 研 办公 室支持 。 （ 杨英 惠 摘 译 ）
本项 研究 的 目的是 降低 燃 料 电池 的 主要成本 ，并 与现行 工艺 竞争 ，包括 汽油 发动 机在 内 。
这项发现是燃料 电池商业化的重要成果。 研究人员确信，向碳纳米管中掺氮所起的作用 有可 能推 广到 燃料 电池 以外 的用 非 晶金 属 制 成 的纳 米 尺 寸 零 件
美国耶鲁大学开发 出一项技术，可以模压方式将非晶金属向塑料一样制成纳米尺寸零 件。非晶金属，又称金属玻璃 ，在加热后快速冷却不会生成结晶结构。虽然看似固体，但它 们更像缓慢流动的液体， 使其非常适宜模压制成精密零件 。 研究人员已掌握ＴＯ 何制造模具 ｔ Ｊ 并制成产品。用非晶金属制成的模具更可靠、 更耐用，而且不受普通金属因晶粒大小带来的 产 品细 节 的限制 。 研 究人 员 已可 制成 １ｒ 大小 的纳米 零 件，研 究人 员正 努力制 出更 小 的零件 ，使 其仅 受 ３ｍ ｉ 到单个 原子 大小 的约束 。 研究人员克服了模压工艺中的常见问题， 如何使材料充满零件细节 及如何将产品从模具 中取 出 。液 态金属 的表 面拥 有很 高的表面 张 力和毛 细管 作用 ，这会 给模 压造 成 困难 。 （ 英惠 摘译 ） 杨
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。
碳纳米材料的应用前景
碳纳米材料的应用前景随着科技的不断进步和需求的不断增长，人们对材料的性能和功能的要求也越来越高。
碳纳米材料作为一种颇具前景的新型材料，其应用前景十分广阔。
本文将从碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯三个方面来探讨碳纳米材料的应用前景。
1.碳纳米管碳纳米管是由碳原子构成的空心圆柱结构，其直径只有纳米级别，长度则可以达到数十微米，因此具有很强的机械性能和电学特性。
在纳米科技领域中，碳纳米管可以作为通道来传输电子和分子，具有电子学和扫描探针显微镜等制备方法的独特性质。
在能源、储存、导电等领域，碳纳米管也有着广泛的应用前景。
比如，在能量储存领域，碳纳米管被广泛应用于锂离子电池等电能存储系统中。
由于其高比表面积和良好的电导率，碳纳米管可以大大提高电池的能量密度和功率密度，从而提高电池的性能。
同时，碳纳米管也可以作为质子交换膜燃料电池的催化剂支撑体，以提高其效率和稳定性。
2.碳纳米纤维碳纳米纤维是碳纳米管的一种，但它是通过纤维化方法制备而成，具有更高的力学强度和更低的密度。
碳纳米纤维不仅可以用于增强复合材料中，还可以应用于电磁干扰屏蔽和导电材料等领域。
在增强复合材料领域中，碳纳米纤维一方面可以增强基体的力学性能，提高其强度和刚度，另一方面也可以渗透到基体内部形成导电路径，提高材料的导电性能。
此外，碳纳米纤维还可以用于高强度电缆的制备，以提高电缆的拉伸强度和断裂韧度。
3.石墨烯石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶体结构，厚度只有一个碳原子层的纳米材料。
其在电学、光学、力学等领域的性能表现出色，是目前最为热门的碳纳米材料之一。
在电子学领域，石墨烯可以作为新型光电传感器、晶体管和基于量子点的荧光材料等器件的材料，具有重要的应用前景。
同时，石墨烯还可以作为新型薄膜太阳电池的电极材料，以提高光电转换效率和稳定性。
此外，在医学和环境领域，石墨烯也有着广泛的应用前景。
其中，在生物医学领域，石墨烯可以作为药物输送和光学成像等方面的材料；在环境领域，石墨烯可以作为新型吸附材料，用于水和大气污染的处理。
直接甲醇燃料电池催化剂性能测试
直接甲醇燃料电池催化剂性能测试直接甲醇燃料电池催化剂主要以Pt 系催化剂为主，再加以单壁碳纳米管为催化剂载体，催化剂有效分散，催化性能提高。
循环伏安法曲线正向扫描的峰电流密度可直接反映甲醇的氧化量及催化剂的电催化活性。
本实验主要针对直接甲醇燃料电池催化剂材料对甲醇氧化的的循环伏安曲线进行测试，了解直接甲醇燃料电池的工作原理及工作特性。
一、实验目的和要求：1.掌握用循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。
2.了解直接甲醇燃料电池的工作原理。
3.了解CHI 电化学工作站的设定方法。
二、测定原理：在电极上施加一个线性扫描电压，以恒定的变化速度扫描，当达到某设定的终止电位时，再反向回归至某一设定的起始电位，循环伏安法电位与时间的关系（见图a ）。
若电极反应为O ＋e ⇔R ，反应前溶液中只含有反应粒子O ，且O 、R 在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势正得多的起始电势ϕi 处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图b 所示。
当电极电势逐渐负移到ϕ平0附近时，O 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。
由于电势越来越负，电极表面反应物O 的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。
当O 的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc ，然后电流逐渐下降。
当电势达到ϕr 后，又改为反向扫描。
随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R 粒子的浓度较大，在电势接近并通过ϕ平0时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。
于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。
整个曲线称为“循环伏安曲线”。
三、仪器药品：电化学工作站一台玻碳工作电极一根Ag/AgCl参比电极一根铂丝电极一根高纯氮气Nafion 117溶液浓硫酸甲醇乙醇四、实验步骤：1. 取制备好的催化剂材料3.8mg分散到1mL乙醇中超声30min。
2. 取催化剂材料的乙醇分散液30μL滴涂到玻碳工作电极表面，静置15min干燥后，再其表面滴涂Nafion117溶液10μL，静置15min干燥，待用。
碳材料在燃料电池的应用
什么是燃料电池Fuel Cells把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。
燃料电池燃料电池的主要分类有：质子交换膜燃料电池（PEMFC）磷酸燃料电池（PAFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）碱性燃料电池（AFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。
其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。
不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。
而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。
因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。
电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。
原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
燃料电池具有如下特点：高能量密度高效率较低成本可控制排放催化剂载体—碳纳米管CNT使用多壁碳纳米管用以制备燃料电池中二氧化钛的加强催化剂。
电化学活性面积(ECSA)对比：UT-TiO2：285.5 m2/gPt-C：153.4 m2/gPt-MWCNT：188.2 m2/g这种催化剂还可以在碳纳米管表面通过还原法形成-OH和-COOH基团，从而提高其催化活性。
TiO2壳层还可以保护催化剂免受碳腐蚀，有效提高材料的耐用性，并提高Pt在表面上的沉积。
催化剂载体—碳纳米管CNT此外，在燃料电池中还常常使用碳纳米管作为氮元素和钴元素的催化剂载体。
这样的复合催化剂具有如下性质：高电流密度N-CNTs：3.00 mA/cmSiO2胶体悬浮液：2.69 mA/cm无催化剂的样品：0.53 mA/cm均匀的多孔结构有助于提高催化剂的均匀性、稳定性高比表面积提高电子聚集度，加强催化活性催化剂载体—碳纳米管CNTMWCNTs上制造Ni-Pd纳米催化剂的示意图上述是利用多壁碳纳米管制备Ni-Pd纳米催化剂的方法，这种催化剂主要用于直接乙醇燃料电池，是一种极为环境友好的燃料电池。
碳基材料在电催化中的应用
碳基材料在电催化中的应用随着能源需求的不断增加和环境问题的日益严峻，研究新型高效电催化材料成为了当今科技研究的热点之一。
碳基材料因其良好的导电性、可调控的孔隙结构以及优异的催化活性而备受关注。
本文将介绍碳基材料在电催化领域中的应用，并探讨其在能源转化和环境治理等方面的潜力。
1. 碳基材料简介碳基材料是以碳为主要构成成分的材料，包括石墨烯、碳纳米管、多孔碳等。
这些材料具有高电导性、优异的机械性能和化学稳定性等特点。
2. 碳基材料在燃料电池中的应用燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的器件。
碳基材料作为燃料电池的关键组成部分，可作为催化剂载体或阴极材料。
其中，石墨烯和碳纳米管因其高比表面积和优异的电子传导性能而成为理想的催化剂载体，能够提高燃料电池的催化活性和稳定性。
此外，碳基材料还可用于构建燃料电池的气体扩散层和电极结构，提高电池的整体性能。
3. 碳基材料在电化学储能中的应用电化学储能技术是目前广泛应用于电动汽车和可再生能源领域的一种能量储存和释放方式。
碳基材料在电化学储能中扮演着重要角色。
例如，石墨烯和碳纳米管作为电极材料，具有高导电性和良好的电化学稳定性，可用于超级电容器和锂离子电池等电化学储能设备。
此外，多孔碳材料也被广泛用于储氢和储锂等领域。
4. 碳基材料在化学催化中的应用碳基材料的高比表面积和可调控的化学成分使其成为优异的催化剂。
碳基材料可以通过控制孔隙结构、杂原子掺杂等方式，调节其催化性能。
例如，氮掺杂的碳材料可用作氧还原反应的催化剂，具有与贵金属相当的催化活性。
另外，石墨烯和碳纳米管也具有良好的电催化活性，可应用于二氧化碳还原和水分解等领域。
5. 碳基材料在环境治理中的应用碳基材料在环境治理中具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管可以用于重金属离子的吸附和催化降解有机污染物，具有良好的去除效果。
多孔碳材料由于其高比表面积和良好的孔隙结构，可以用于气体吸附、污水处理和储能材料等方面。
结论综上所述，碳基材料具有优异的导电性、调控性能以及催化活性，在电催化领域中具有广泛的应用潜力。
热处理碳纳米管耦合维生素B12作为氧还原反应电催化剂的性能分析
热处理碳纳米管耦合维生素B12作为氧还原反应电催化剂的性能分析段广彬;房雅婷;董凯;姜媛媛;陈传霞;倪朋娟;逯一中【摘要】开发成本低廉、性能优良的阴极氧还原电催化剂,替代昂贵的铂基催化剂,一直是燃料电池研究中的热点和难点,也是实现燃料电池商业化的关键之一.碳纳米材料负载过渡金属大环配位分子作为氧还原催化剂具有成本低、活性较高、导电性能好、稳定性高等优点.本研究利用维生素B12(VB12)中心的Co-Nx环状结构,以VB12作为活性位点的前驱体,以碳纳米管(CNT)为碳载体,通过高温热解制备了CNT-VB12复合材料.对此复合材料的形貌和组成进行了表征,并对其在碱性条件下的氧气还原电催化活性、稳定性及抗干扰性进行了分析.结果表明,CNT-VB12材料表现出高的氧还原反应(ORR)电催化活性.动力学研究结果表明,此复合材料通过几乎完全的4电子转移过程催化氧气还原为水,并且具有优于商业Pt/C的抗甲醇干扰性及稳定性,是一种有良好实际应用前景的燃料电池非贵金属氧还原电催化剂.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】6页(P719-724)【关键词】碳纳米管;维生素B12;氧还原反应;电催化剂【作者】段广彬;房雅婷;董凯;姜媛媛;陈传霞;倪朋娟;逯一中【作者单位】济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022;济南大学材料科学与工程学院,济南250022【正文语种】中文1 引言随着化石燃料的不断消耗，环境污染和能源枯竭等问题成为人类面临的严峻挑战[1]。
燃料电池具有高效的能量转化、生态友好等特点，引起人们的广泛关注[2,3]。
直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其燃料来源丰富、储存运输方便，被认为是最有可能实现商业化应用的燃料电池之一[4～6]。
碳纳米管的特性及其分析应用
碳纳米管的特性及其分析应用摘要碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
本文着重介绍碳纳米管的特性及其在仪器分析中的应用。
关键词：碳纳米管；特性；仪器分析I一、引言碳纳米管（CNT,又名巴基管，于1991年被日本电子公司（NEC的饭岛博士发现。
是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
由于其优异的力学、电学和光学特性，碳纳米管受到了越来越多的关注。
随着时间的推移，CNT的制备与表征手段越发完善，由CNT制成的各种产品技术也趋于成熟。
二、碳纳米管的制备方法其主要有三种制备方法：分别为电弧放电，激光蒸发法和碳氢化合物催化分解。
（一）电弧放电电弧放电是指一般情况下由两个电极和它们之间的气体空间所组成电弧能产生高温。
但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。
电弧放电实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程。
该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。
本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。
施加电压可为直流也可为交流，电压10〜10 0伏，电流0〜10安培。
本方法的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。
（二）激光蒸发法激光蒸发法是制备碳纳米管的一种有效方法•用高能CC2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备碳纳米管，管径可由激光脉冲来控制。
激光脉冲间隔时间越短，得到的碳纳米管产率越高，而碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。
CNT的研究现状
碳纳米管的应用研究现状1、储氢材料从90年代起，许多发达国家都制定了系统的氢能研究计划，其短期目标是氢燃料电池汽车的商业化。
现在利用氢能的障碍是氢气的规模化存储和运输。
按5人座的轿车行使500公里计算，需要3.1Kg的氢气，以正常的油箱体积计算，氢气的存储密度应有6.5wt%或62Kg/m3，目前的储氢材料都不能满足这一要求。
碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料，并是当前研究的热点，国外学者证明在室温和不到1bar的压力下，单壁碳管可以吸附氢气5-10wt%，有人认为在80K下，C/H比可达1/1（即8.25wt%）。
有人认为多壁碳纳米管储氢可达14wt%。
我们用NO反滴定法测定的多壁碳纳米管的储氢量在5wt%左右。
目前，根据理论推算和近期反复验证，大家普遍认为可逆储/放氢量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料。
己经证实，碱金属嵌入碳纳米管会极大地提高其储氢性能。
2、场致发射碳纳米管具有极好的场致电子发射性能，这一性能可用于制作平面显示装置取代体积大、重量重的阴极电子管技术。
加州大学的研究人员证明碳纳米管具有稳定性好和抗离子轰击能力强等良好性能，可以在10-4Pa真空环境下工作，电流密度达到0.4A/cm3。
将碳纳米管沉积在一种高分子膜的阵列上，制成的显示器，在200V的工作电压下工作了200小时，电流密度可达10-2A/cm3。
目前，这一领域的研究已经接近产业化，日本已制出该类技术的彩色电视机样机，其图象分辨率是目前已知其它技术所不可能达到的,他们预言在2001年将该种电视机推向市场。
将单壁碳纳米管在晶态金膜上组成阵列，可提供高达106A/cm3的电流密度。
用碳纳米管制成的电子枪与传统的相比，不但具有在空气中稳定、易制作的特点，而且具有较低的工作电压和大的发射电流，适用于制造大的平面显示器。
毫无疑问，显示器的效果和利润会牵引碳纳米管走向千家万户，并很快形成新的产业。
碳纳米管和石墨烯简介
柔性传感器
石墨烯的高灵敏度和柔韧性可用 于制造柔性传感器，可应用于医
疗、环境监测等领域。
传感器领域
气体传感器
石墨烯对气体分子的高灵敏度可用于制造高灵敏度的气体传感器 ，可应用于环境监测、工业过程控制等领域。
生物传感器
石墨烯的生物相容性和高导电性可用于制造生物传感器，可应用于 医疗诊断、生物分子检测等领域。
碳纳米管可作为药物载体，实现药物 的定向输送和缓释。
05 石墨烯应用前景
柔性电子器件领域
柔性显示屏
石墨烯的高导电性和柔韧性使其 成为制造柔性显示屏的理想材料 ，可应用于手机、可穿戴设备等
。
柔性电池
石墨烯的高导电性和大面积制备 能力使其成为制造柔性电池的关 键材料，可应用于可穿戴设备、
电动汽车等领域。
制备方法
机械剥离法
化学气相沉积法（CVD）
氧化还原法
液相剥离法
利用胶带反复剥离石墨片层， 得到单层或多层石墨烯。此方 法简单易行，但产量低且尺寸 难以控制。
在高温下，利用含碳气体在金 属基底上催化裂解生成石墨烯 。此方法可制备大面积、高质 量的石墨烯，但需要高温高压 条件，成本较高。
通过化学方法将石墨氧化成氧 化石墨，再经过还原处理得到 石墨烯。此方法产量较高，但 所得石墨烯缺陷较多，性能较 差。
激光烧蚀法
使用高能激光脉冲照射石 墨靶材，使石墨蒸发并在 惰性气体中冷凝形成碳纳 米管。
02 石墨烯概述
定义与结构
石墨烯定义
石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的二维材料，具有蜂窝状晶格 结构。
原子结构
石墨烯中的每个碳原子都与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的六边形网 格。剩余的π电子在垂直于平面的方向上形成离域大π键，赋予石墨烯良好的导 电性。