助剂种类对Co-Cr系多元催化剂制备碳纳米管的影响

为实现基于现有工业燃烧炉直接生长不同形态的碳纳米管,深入研究催化剂在火焰法制备碳纳米管中的作用机理具有重要的意义。本研究以Co为活性组分,Cr为分散剂,采用浸渍法制备催化剂,研究Fe、Ni、Mo、Zn、Zr、V、W等助剂的添加对催化剂及碳纳米管性质的影响。利用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)表征合成产物的形貌及含碳量,分析不同助剂对催化剂活性及碳纳米管形态的影响;运用X射线衍射仪、N2吸附脱附及氢气程序升温还原表征不同催化剂的物理及化学性质,分析助剂对催化剂性质的作用机理。结果表明：添加Fe、V或Mo的催化剂都能够形成大量的簇状碳纳米管,Zn和Zr为助剂时催化剂无法生成碳纳米管;Cr与活性金属形成混合氧化物,作为结构促进剂,起到分散活性金属的作用;助剂通过改变混合氧化物与活性金属氧化物的比例,影响催化剂的活性;Fe、V和Mo的添加使得活性金属氧化物增加,提高了催化剂的还原活性,而适量混合氧化物起到的分散作用有利于形成生长碳纳米管的催化剂颗粒,从而促进碳纳米管簇的形成。     

铁基多元催化剂组分对V型火焰法生长碳纳米管的影响

为了实现火焰法批量制备碳纳米管,采用自行研发的V型火焰燃烧器,深入研究催化剂组分对碳纳米管的影响,并开发新型催化剂。利用扫描电镜、能谱仪和拉曼光谱仪分析不同催化剂所得产物的形态、质量和结晶度;通过分析程序升温还原曲线和X射线光电子能谱,研究不同催化剂活性组分及助催化组分对催化剂性质的影响。结果表明:通过选择活性组分和配合组分,能够控制碳纳米管的形态和质量,开发了能够生长高密度簇状碳纳米管的三元催化剂;本实验条件下,铁作为活性组分要优于镍,少量的镍以游离态NiO存在,激活催化剂催化活性;铬不适合作为活性组分,在催化剂中起到分散剂的作用,使活性组分分散,促进簇状碳纳米管的形成;Fe~(2+)/Fe~(3+)的比例影响催化剂催化活性,Fe~(2+)/Fe~(3+)比例减小能够提高催化剂的还原性及催化活性。可见,通过深入研究不同组分的作用,进而研制新型催化剂,能够改善V型火焰法生长碳纳米管的形态及产量,为批量生产特定形态的碳纳米管提供低成本、简单易操作的有效方法。