一种氮磷共掺杂多壁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*CN102060284A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102060284A(43)申请公布日2011.05.18(21)申请号201010528675.5(22)申请日2010.10.29(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人刘滋武彭峰王红娟余皓杨剑(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人何淑珍(51)Int.Cl.C01B31/02(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法(57)摘要本发明提供一种氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法，包括下述步骤：将底部铺有FeMo/Al2O3催化剂的石英舟放入管式炉中的石英管的高温部分，在氩气惰性气体的保护下，将石英管高温部分的温度升高到反应温度；在容器瓶中加入甲苯和三苯基磷，待三苯基磷完全溶解后，在氨气气氛下，通过恒流泵将混合溶液注入石英管，溶液气化后被氨气带到高温区，在固体催化剂FeMo/Al2O3作用下，碳源甲苯、氮源氨气和磷源三苯基磷发生分解，开始生长氮磷共掺杂多壁碳纳米管；待溶液完全注入后，停止通入氨气，在氩气保护下将石英管冷却到室温，从石英舟中取出样品，得到制备的氮磷共掺杂多壁碳纳米管。CN102684ACCNN110206028402060289A权利要求书1/1页1.一种氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法，采用化学气相沉积法，其特征在于包括下述步骤：1)将底部铺有FeMo/Al2O3催化剂的石英舟放入管式炉中的石英管的高温部分，在氩气惰性气体的保护下，将石英管高温部分的温度升高到反应温度；2)在容器瓶中加入甲苯和三苯基磷，待三苯基磷完全溶解后，在氨气气氛下，通过恒流泵将溶解后得到的混合溶液注入石英管，溶液气化后被氨气带到高温区，在固体催化剂FeMo/Al2O3作用下，碳源甲苯、氮源氨气和磷源三苯基磷发生分解，开始生长氮磷共掺杂碳纳米管；3)待混合溶液完全注入后，将氨气换成氩气，在氩气保护下将石英管冷却到室温，从石英舟中取出样品，得到制备的氮磷共掺杂多壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于所述FeMo/Al2O3与甲苯的质量体积比为1g∶40～120mL，三苯基磷的用量为2.5～10wt％甲苯，氨气为200-600ml/min。3.根据权利要求1所述的氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于所采用的三苯基磷为磷源；甲苯为碳源；氨气为氮源；氩气为保护气。4.根据权利要求1～3任一项所述的氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于所述反应温度为700-850℃。2CCNN110206028402060289A说明书1/4页一种氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种氮磷共掺杂多壁碳纳米管的制备方法。背景技术[0002]自从1991年碳纳米管(CNT)被发现以后，就成为世界范围内纳米材料的研究热点。研究的大部分都集中于探索各种新的技术来制备高纯的、结构可控的碳纳米管。研究表明，化学气相沉积(CVD)法是目前最有工业应用价值的制备方法。这种准一维纳米材料除了具有传统碳材料的高比表面积、相对化学惰性、表面可修饰性、以及容易回收所负载的金属外，而且由于其独特纳米管腔产生的限域效应，在催化领域引起广泛关注。如碳纳米管由于其表面特殊官能团的催化作用，可以直接作为催化苯乙烷氧化脱氢制备苯乙烯的催化剂。碳纳米管也可以作为催化剂的助剂，促进合成气转化制甲醇的反应。另一部分的研究是将碳纳米管作为金属的载体，用在碳氢化合物的加氢反应、合成气转化、氨分解、以及燃料电池电催化反应中。[0003]随着碳纳米管合成技术的不断完善，其研究方向开始转向碳管中掺杂其它杂原子及其应用等方面的研究。目前在碳管中掺杂的非金属杂原子有B、N、Si和S等，这些非金属原子的掺杂直接影响纳米碳管的结构和性质，如Czerw等通过理论计算其局域态密度发现，本为半导体的锯齿碳纳米管经过掺杂吡啶型氮以后呈现金属特性；Amadou等通过测量pH值计算等电点的办法发现，与纯碳纳米管相比，氮掺杂的碳纳米管的等电点变大，证明了碳氮纳米管具有弱碱性。研究显示，与未掺杂的碳纳米管负载的催化剂相比，氮掺杂的碳纳米管作为催化剂载体，使肉桂醛加氢、氨分解、甲醇氧化等反应性能得到了不同程度的提高。[0004]尽管P原子半径要比碳原子的大很多，理论研究表明在纳米碳管中完全可以掺入P原子，由于碳磷键的键长要比碳碳键的长且碳磷键的键角比碳碳键的小，所以随着磷原子的掺入，碳纳米管的电荷密度及形貌会发生一定的变化。[0005]Jorio等研究者报导了磷掺杂单壁碳纳米管的制备，文中