专利名称：一种以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法
技术领域：
本发明属于无机纳米碳材料制备技术领域，特别是一种以二甲硫醚为碳源制备分 支型碳纳米管的方法。
背景技术：
自90年代初碳纳米管被发现以来，碳纳米管由于其优异的电学、力学、热学、物理 和化学性能，而引起了世界各界人士的关注，成为微电子学、材料学、物理学和生物医学等 学科领域研究的热点，有着广泛的应用前景。碳纳米管被认为是构筑纳米装置最有前途的 材料之一，可用作场发射晶体管、气体传感器、扫描探针显微镜的针尖、输送体、储氢材料、 场发射纳米器件等。自从碳纳米管发现以来，人们的研究越来越多，发现碳纳米管是由石 墨片卷曲而成的无缝的、中空的管体；除了结构完整的碳纳米管外，人们在实验中还发现存 在许多形形色色的不规则的碳纳米管，如Y型碳纳米管、竹节状碳纳米管、K型碳纳米管、 CNx-CNTs异质结等，所有这些结构的出现是由于规则的碳纳米管的六边形的网格中引入了 五边形和七边形的缺陷所致。进一步的研究发现，有些结构缺陷使碳纳米管的结构更独特， 如可使电子能带结构发生变化，是构成纳米电子器件的基础。目前制备分支型碳纳米管的方法大多集中在电弧放电法、模板法和化学气相沉积 法。其中采用电弧放电法制备的碳纳米管存在较多的缺陷，且与其他的副产物如无定形碳、 纳米微粒等杂质容易烧结于一体，对随后的分离、提纯和应用不利；且产物中分支型碳纳米 管的产率较低。而模板法制备分支型碳纳米管是利用分支型孔道的模板，然后在其孔道中 生长碳纳米管，其过程比较繁琐，制备出的碳纳米管质量较差。由于化学气相沉积法具有优 于电弧放电法和模板法的特点，因此化学气相沉积法制备分支型碳纳米管被广泛使用，该 方法是利用有机化合物在高温下、于金属的催化作用下裂解制备分支型碳纳米管。此方法 常使用的碳源前驱体有甲烷、乙炔、甲苯、乙醇、噻吩，这些方法虽然可实现分支型碳纳米 管的生长，但制备过程中也存在着许多缺陷和不足，如制备工艺流程长、设备复杂、难以控 制、成本高、分支型碳纳米管的产率低等。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、可控性好、分支型碳纳米管产率高的以二甲 硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法。本发明是通过以下的技术方案完成的，一种以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米 管的方法，该方法是以二甲硫醚为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，在高温下反应形成分支 型碳纳米管，以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法包括以下步骤(1)将二茂铁粉末溶解在二甲硫醚中制备成混合溶液；(2)将步骤(1)中得到的混合溶液放入带有进气管和出气管的容器中，其中，容器 中的进气管的出气口位于容器中混合溶液的液面之下，容器中的出气管的出气口位于容器 中混合溶液的液面之上；
(3)将氢气从容器的进气管进入容器中，容器中的氢气和混合溶液的蒸汽由出气 管输出；(4)将步骤(3)中从容器中输出的氢气和混合溶液的蒸汽与保护气体一并输入到 加热炉的反应室中，在温度900 1100°C、氢气的流量为100 300ml/min、保护气流量为 800 2000ml/min的条件下反应时间15 120min，经冷却至15 30°C，在反应室内得到 黑色产物，此黑色产物即为分支型碳纳米管。其中，二甲硫醚发生的反应化学方程式如下
权利要求
1.一种以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于该制备分支型碳纳 米管的方法是以二甲硫醚为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，在高温下反应形成分支型碳 纳米管。
2.根据权利要求1所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法包括以下步骤(1)将二茂铁粉末溶解在二甲硫醚中制备成混合溶液；(2)将步骤(1)中得到的混合溶液放入带有进气管和出气管的容器中，其中，容器中的 进气管的出气口位于容器中混合溶液的液面之下，容器中的出气管的出气口位于容器中混 合溶液的液面之上；(3)将氢气从容器的进气管进入容器中，容器中的氢气和混合溶液的蒸汽由出气管输出；(4)将步骤(3)中从容器中输出的氢气和混合溶液的蒸汽与保护气体一并输入到加热 炉的反应室中，在温度900 1100°C、氢气的流量为100 300ml/min、保护气流量为800 2000ml/min的条件下反应时间15 120min，经冷却至15 30°C，在反应室内得到黑色产 物，此黑色产物即为分支型碳纳米管。
3.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤(1)中，二茂铁与二甲硫醚的质量百分比为2. 4% 4.8%。
4.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤中所述的保护气体为氮气或氩气中的一种。
5.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤中所述的加热炉为高温管式电阻炉。
6.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤中所述的反应室内设有基底，基底采用硅片、玻璃片中的一种以上。
7.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤中所述的反应室为石英管。
8.根据权利要求2所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤O)、(3)、中所述的容器为锥形瓶。
9.根据权利要求3所述的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法，其特征在于 在步骤中，所述的保护气体为氮气或氩气中的一种，所述的加热炉为高温管式电阻炉， 所述的反应室内设有基底，基底采用硅片、玻璃片中的一种以上，所述的反应室为石英管； 在步骤O)、(3)、(4)中所述的容器为锥形瓶。
全文摘要
本发明是一种以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法。本发明的目的是提供一种操作简单、可控性好、分支型碳纳米管产率高的以二甲硫醚为碳源制备分支型碳纳米管的方法。本发明是以二甲硫醚为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，在高温下反应形成分支型碳纳米管。本发明制备分支型碳纳米管的步骤是(1)二茂铁粉末溶解在二甲硫醚中制成混合溶液；(2)将得到的混合溶液放入带有进气管和出气管的容器中；(3)将氢气从容器的进气管进入容器中，容器中的氢气和混合溶液的蒸汽由出气管输出；(4)将从容器中输出的氢气和混合溶液的蒸汽与保护气体一并输入到加热炉的反应室中，在高温下反应后，经冷却在反应室内得到分支型碳纳米管。
文档编号B82Y40/00GK102145886SQ20111012115
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者杜高辉, 苏庆梅 申请人:浙江师范大学