一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102757031A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102757031A(43)申请公布日2012.10.31(21)申请号201210187143.9(22)申请日2012.06.07(71)申请人上海第二工业大学地址201209上海市浦东新区金海路2360号(72)发明人陈钦王利军(74)专利代理机构上海天翔知识产权代理有限公司31224代理人吕伴(51)Int.Cl.C01B31/02(2006.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法(57)摘要本发明涉及一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法，该方法包括以下步骤：1）将Fe/Y催化剂、赤磷装入瓷舟中，石英管式炉加热到900-1100K，通入Ar/二乙胺混合气体,恒温保持0.5-1.51h，自然冷却,即得黑色磷-氮掺杂碳纳米管与Fe/Y催化剂的混合物，所述其中磷-氮掺杂碳纳米管的化学式为：CNxPy，其中0.5＜x＜1，0.5＜y＜1；2）在HF稀溶液中去除Fe/NaY分子筛，即得磷-氮掺杂碳纳米管。掺杂磷-氮能显著改变单壁碳纳米管的光过渡吸收和导热系数。磷-氮掺杂单壁碳纳米管的密度泛函理论研究表明取代磷作为散射中心可以创建局域电子态电子从而修饰单壁碳纳米管的输运特性。另外，磷-氮掺杂也改变了单壁碳纳米管的机械强度，导致在后断裂伸长率降低50％。CN102753ACN102757031A权利要求书1/1页1.一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤1）将Fe/NaY分子筛、赤磷装入瓷舟中,石英管式炉加热到900-1100K,通入Ar/二乙胺混合气体,恒温保持0.5-1.5h,自然冷却,即得黑色磷-氮掺杂碳纳米管与Fe/NaY分子筛的混合物，磷-氮掺杂碳纳米管的化学式为：CNxPy，0.5＜x＜1，0.5＜y＜1；2）将黑色磷-氮掺杂碳纳米管与Fe/NaY分子筛的混合物在HF稀溶液中去除Fe/NaY分子筛，即得磷-氮掺杂碳纳米管。2.根据权利要求1所述的磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述石英管的加热温度为1073K。3.根据权利要求1所述的磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于：步骤1）中，通入所述混合气体的流速为20mL/min。2CN102757031A说明书1/4页一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳纳米管，更具体的说，涉及一种磷-氮掺杂碳纳米管的制备方法背景技术[0002]新型的一维材料碳纳米管以及其相关掺杂纳米管不仅是基础科学的研究对象而且具有潜在的应用前景。现在，各种纳米管既可以通过电弧放电法来制备，也可以通过催化热解法来制备，另外还有激光蒸发石墨法，有机气体等离子体分解法等等。由于碳纳米管优良的性能，制备出大量的碳纳米管进行研究和应用是目前必须解决的问题。[0003]除了氮和硼这两个已经在掺杂碳纳米管被深入研究的元素，磷也是另外一个用来修饰碳纳米管结构和性质的元素。然而磷掺杂的研究很少被报告出来。较早的在类金刚石碳(DLC)上的磷掺杂研究显示磷掺杂可以改善DLC的电学特性，通过降低导通电压和增加发射电流密度。单壁碳纳米管里掺杂磷的研究和相关实验结果表明掺杂磷能显著改变单壁碳纳米管的光过渡吸收和导热系数。磷掺杂单壁碳纳米管的密度泛函理论研究表明取代磷作为散射中心可以创建局域电子态电子从而修饰单壁碳纳米管的输运特性。另外，取代磷掺杂也改变了单壁碳纳米管的机械强度，导致在后断裂伸长率降低50％。[0004]虽然高含量的氮和硼掺杂纳米管的已经取得了成功，合成高含量的磷掺杂碳纳米管却是极具挑战性的，其中一个重要的原因是碳和磷`比碳和氮碳和硼的原子半径差大的多。这个差异会大大增加六角形的碳框架内的无序性，致使磷很难被掺杂进CNTs。DFT模拟表明在纳米管中P-N缺陷比P缺陷表现出低形成能。换句话说，在CNTs中同时掺杂P和N会比起单独直接掺杂P产生高含量的P掺杂。[0005]最近磷-氮掺杂多壁碳纳米管用喷雾热分解法来进行合成。在这个过程中Fe3P作为纳米管生长的催化剂。电子能量损失谱分析表明，P和N均匀纳入了碳纳米管的晶格从而改变的CNxPy的化学性质。此外，有报道显示含氮25.7％的CNx可以通过使用咪唑基为N前驱体进行催化，因此，当咪唑基和三苯基磷分别作为N和P的前驱体同时被使用时高含量的P掺杂在是可以实现的。[0006]目前为止CNxPy中磷的最高含量为1.9%，由浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)使用二茂铁，咪唑和TPP为前驱体合成。发明内容[0007]本发明的目的在于提供一种磷-氮掺杂