学年论文-----碳纳米管在电分析化学中的应用

碳纳米管--综述

碳纳米管在电分析化学中的应用

马巧红 指导教师 刘秀辉

西北师范大学化学化工学院

摘要：本文主要简单介绍了碳纳米管的结构、用途及制备方法，在电分析化学中的应用等。

关键词：碳纳米管、制备、电化学、应用研究

Carbon nanotubes in electricity analytical chemistry application Abstract This paper mainly introduced the structure of carbon nanotubes, usages and preparation methods, application in analytical chemistry

Keywords Carbon nanotubes preparation electrochemical applied research

1.碳纳米管(carbon nanotube , CNT)的简介：

1.1微观分子结构

[1]

碳纳米管CNT具有许多优异的性能如重量轻，六边形结构连接完美，具

[2]

有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管(carbon nanotube , CNT) 微观结构是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管,其中每个碳原子通过sp2 杂化与周围3 个碳原子发生完全键合。单层和多层碳纳米管是根据碳管壁中碳原子层的数目而分的,各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭,（MWNTs）的层间距一般为0. 34 nm。因合成条件的不同CNT 的内径可控制在10 nm 左右,外径达几十个纳米,轴向长度却可达几十微米甚至更长,纵横比在100～1000 范围间。

图1.如图可看到其六边形结构

1.2一般分类 ：

碳纳米管--综述

碳纳米管CNT按层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种主要类型。单壁碳纳米（SWNTs）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料多壁碳纳米管（MWNTs）可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成单壁碳纳米管根 据六边环螺旋方向螺旋角的不同可以是金属型[3]

碳纳米管也可以是半导体型碳纳米管。碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅式纳米管，锯齿形纳米管和手型纳米管。

图2.羧基化的单壁碳纳米管 图3.多壁碳纳米管

1.3主要用途：

虽然成分和石墨一样，但碳纳米管潜在用途十分诱人：碳纳米管应用研究

[4]

主要集中在复合材料氢气存储电子器件电池超级电容器场发射显示器量子导线模板、电子枪、传感器和显微镜探头以及分析化学等领域并已取得许多重要进展[5]可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂电视进一步成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片和纳米电子学中扮演极重要的角色，从而引发计算机行业革命。

2．碳纳米管(carbon nanotube , CNT) 的制备方法

主要有三种方法：分别为电弧放电( arcdischarge)，激光蒸发法（Laser evapration），碳氢化合物催化分解(catalytic decomposition of hydrocarbons)

。

2.1电弧放电( arcdischarge)

电弧是由两个电极和它们之间的气体空间所组成 电弧能产生高温，一般情况下，但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。电弧实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空

[6]

间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程 。该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。施加电压可为直流也可为交流，电压１０～１００伏，电流０～１０安培。

碳纳米管--综述

本发明的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。

2.2激光蒸发法（Laser evapration）

激光蒸发法是制备SWNTs的一种有效方法．用高能C02激光或Nd／YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备单壁CNTs和SWNTs束【7】，管径可由激光脉冲来控制 ．激光脉冲间隔时间越短，得到的SWNTs产率越高，而SWNTs的结构并不受脉冲间隔时间的影响．用CO2激蒸发法，在室温下可获得SWNTs，若采用快速成像技术和发射光谱可观察到氩气中蒸发烟流和含碳碎片的形貌，这一诊断技术使跟踪研究CNT的生长过程成为可能．激光蒸发法的主要缺点是CNT的纯度较

．[8]低、易缠结，且需要昂贵的激光器，耗费大

2.3碳氢化合物催化分解(catalytic decomposition of hydrocarbons) 近来碳氢化合物气相催化分解法备受研究者的青睐,如何获得有效的催化剂,从而方便可控地制得CNT 成为研究的热点。Muller等将Ni (C8H12 ) 2 涂覆在石英片上作为催化剂,得到直径大于300 nm的CNT;Ruckenstein 等以浸渍法制得的Ni2CePAl2O3 催化剂,获得的碳纳米管管分布较宽;梁奇等[9]制备了四方结构复合氧化物La2NiO4 ,并以其为催化剂,甲烷和一氧化碳为源,合成出大量高纯度的CNT;梁奇等又采用CH4PO2 氧化还原气氛,利用Ni2Ce 催化剂制备出用作锂离子二次电池负极材料的CNT ,充放电性能得以提高。

3. 碳纳米管(carbon nanotube , CNT)在电化学领域的研究

3.1 用作电化学器件

碳纳米管具有非常高的比表面积根据直径和分散程度不同碳纳米管的比

2

表面积在250~3000m/g加之优异的导电性能和良好的机械性能碳纳米管是电化学领 …… 此处隐藏：6125字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……