鐵基多元催化劑組分對(duì)V型火焰法生長(zhǎng)碳納米管的影響

孫亞萍，喬加飛，郝 衛(wèi)，孫保民，王順森

(1.國(guó)能?chē)?guó)華(北京)電力研究院有限公司，北京 100024；2.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206；3.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，西安 710049)

碳納米管是由單層或多層石墨片層卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu)，壁面由C—C鍵組成的六邊形結(jié)構(gòu)環(huán)繞而成，其物理化學(xué)性能優(yōu)異，具備優(yōu)良的光、電、熱和力學(xué)性能[1]。可以作為阻燃劑、疏水性材料、電極材料等應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域[2-4]。在碳納米管的制備上，火焰法相對(duì)于化學(xué)氣相沉積法尚處于不成熟的階段。化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)法在不斷的發(fā)展中，開(kāi)發(fā)出了多種方法，并且能夠在一定程度上控制手性、直徑和長(zhǎng)度。然而，其成本仍然相對(duì)比較昂貴。制備過(guò)程需要外部加熱、封閉環(huán)境，且碳納米管的生長(zhǎng)緩慢[5]。火焰法可以實(shí)現(xiàn)在常壓環(huán)境中快速合成碳管，火焰能夠同時(shí)提供熱源和碳源，設(shè)備簡(jiǎn)單，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)[6-7]。針對(duì)中低檔質(zhì)量碳管的生產(chǎn)，火焰法具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，深化火焰法制備碳管的研究，通過(guò)開(kāi)發(fā)可靠的制備技術(shù)、催化劑，增強(qiáng)產(chǎn)物控制，實(shí)現(xiàn)低成本制備，為商業(yè)化應(yīng)用提供條件。

催化劑作為碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程中重要的影響因素[8]。鐵系金屬具有較高催化分解碳前驅(qū)體活性，共晶溫度低，溶碳能力和碳擴(kuò)散速率適中，與碳的結(jié)合能適中，能夠形成亞穩(wěn)態(tài)碳化物，保證碳在較低溫度下析出，并且不會(huì)發(fā)生由于結(jié)合能低使得石墨片層脫落無(wú)法完成碳納米管后續(xù)的生長(zhǎng)[9-10]。……