简述碳纳米管和石墨烯的成建构成
碳纳米管参数说明
碳纳米管产品简介碳米碳管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。
理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。
石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管，多于一层的则称为多壁纳米碳。
由于巨大的长径比（径向尺寸在纳米量级，轴向尺寸在微米量级），碳纳米管表现为典型的一维量子材料，碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻，且性质会随结构的变化而变化。
碳纳米管的结构为完整的石墨烯网格，是已知最硬的分子材料，并具有良好的柔韧性。
杨式模量超过1Tpa (铝只有70GPa 碳纤维为700 GPa),强度重量比是铝的500倍。
理论预计其强度为钢的100倍，密度只有钢的1/6 。
期望失效拉伸率为20-30％，抗拉强度高于100Gpa。
最大拉伸率比任何金属都高10％。
此外，碳纳米管还拥有优越的导热、导电性能，在轴向热导率可达3000 W/mK，电导率比铜高6个数量级，而且具有很高的电流负载量。
其纳米级发射尖端、大长径比、高强度、高韧性、良好的热稳定性和导电性，是理想的场致发射材料。
由此可见，碳纳米管的应用前景，特别是在微电子、复合材料方面的巨大潜力是难以估量的。
正如诺贝尔奖获得者Smalley所说:“碳纳米管将是价格便宜、环境友好并为人类创造奇迹的新材料”。
总之，碳纳米管本身所拥有的潜在的优越性，决定了它无论在化学还是在材料科学领域都将具有广阔的应用前景。
公司利用高效纳米催化的专利技术，已开发出高纯度高品质的碳纳米管产品，领业界风骚，并致力于纳米材料在各方面的应用开发。
单壁碳纳米管产品说明产品名称：单壁碳纳米管单壁碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它主要由呈六边形排列的碳原子构成一层圆管。
基本物性：项目指标管径1～2nm长度10～20μm纯度>90wt%外观黑色粉末比表面积>450m2/g电导率>10-2s/cm热导率各向异型：轴向2800W/mK应用领域：应用尺度应用领域具体用途微观纳米制造技术扫描探针、纳米钳、纳米称、纳米机电纳电子学纳米晶体管、纳米导线、纳米开关生物工程生物传感器医药纳米胶囊化学纳米反应器、化学传感器宏观复合材料增强塑胶、金属、陶瓷；导电复合材料储能锂离子电池、储氢材料电子源X射线源、场发射电子源电子屏蔽EMC材料、雷达吸波材料涂层耐磨涂层、生物涂层磁性材料存储器散热介质换热器测试图片：STMRaman TGA安全注意事項：参考物质安全资料表。
石墨烯、碳纳米管总结
第四、五章总结石墨烯、碳纳米管的化学生物传感一、石墨烯和碳纳米管1、石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。
石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。
2、碳纳米管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sp 2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。
由于石墨烯和碳纳米管独有的结构和奇特的物理、化学特性，迅速成为备受瞩目的国际前沿和研究热点。
二、石墨烯和碳纳米管的制备1、石墨烯的制备（1）机械剥离法(机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨表面剥离开来。
是制备石墨烯最为直接的方法。
但低产率和尺寸不易控制等缺点使该方法仅适用于实验室的基础研究。
)（2）氧化石墨-还原法(利用KClO 和HNO 可以使石墨层深度氧化，获得氧化石墨(GO)，GO与石墨烯具有类似的平面结构，以其为前体采用适当的还原方法可以使其表面的功能团消除，获得石墨烯材料。
)（3）化学气相沉积法(采用一定化学配比的气体为反应物，在特定激活条件下，通过气相化学反应可在不同的基片表面生成石墨烯膜层。
优点一、获得单层石墨烯比例大，二、结晶完整度高。
缺点：成本高产量低。
)2、碳纳米管的制备方法自发现CNTs以来人们尝试了多种方法进行制备研究，取得了一定的进展。
如电弧法、激光蒸发法、催化裂解法等。
在以上许多的制备方法中，有一个共同的特点，即产生小的碳(Cn)组分以使CNTs生长，从这一点来看，各种合成方法的区别在于产生碳组分的方法不同。
电弧法和激光蒸发是由电极或靶蒸发产生的碳蒸气；催化裂解法是由碳氢化合物与催化剂相互作用产生的碳蒸气。
三、石墨烯和碳纳米管的功能化所谓功能化就是利用石墨烯和CNTs在制备过程中表面产生的缺陷和基团通过共价、非共价或掺杂等方法，使石墨烯或CNTs表面的某些性质发生改变，更易于研究和应用。
碳浆成分及导电的原理
碳浆成分及导电的原理碳浆是一种由碳纳米管或石墨烯等碳基纳米材料与溶剂混合而成的胶体体系。
它具有许多优异的性质，如导电、导热、力学强度高、化学稳定性好等，因此在许多领域中得到广泛应用，如电子器件、能源存储、传感器等。
碳浆的成分主要包括碳基纳米材料和溶剂。
常见的碳基纳米材料有碳纳米管和石墨烯。
碳纳米管是由碳原子以一定方式排列而成的中空管状结构，具有优异的导电性能和力学性能。
石墨烯是由一个碳原子层构成的二维材料，其具有高导电性和高机械强度。
碳纳米管和石墨烯等碳基纳米材料的选择主要考虑其导电性能和成本因素。
溶剂是碳纳米材料和其他添加剂的载体，起到溶解、分散和稳定材料的作用。
常见的溶剂有水、有机溶剂如乙醇和异丙醇等。
使用不同的溶剂可以调控碳浆的粘度、稳定性和加工性能。
碳浆的导电原理与碳基纳米材料的导电性有关。
碳纳米材料具有优异的电子输运性能，其导电性与其结构和形状密切相关。
碳纳米管和石墨烯具有一维和二维的π共轭结构，这种结构特殊性能使其电子在材料内部快速传输。
碳纳米管和石墨烯的等效导电性可以通过乌尔巴赫方程和漏磁测量等方法进行测定。
碳纳米材料在溶剂中的分散性也是影响碳浆导电性的重要因素之一。
如果碳纳米材料分散均匀，能够形成导电网络，电子可以在材料内快速传输，导电性能会显著提高。
而如果碳纳米材料聚集成团，导致电子传输路径受阻，导电性能会降低。
因此，碳浆中的分散剂在制备过程中起到很重要的作用，能够有效提高碳浆的导电性能。
此外，碳浆中添加的其他组分，如导电聚合物、氧化物纳米颗粒等，也可以影响碳浆的导电性能。
导电聚合物能够与碳纳米材料形成导电网络，增强碳浆的导电性。
氧化物纳米颗粒在碳浆中具有高导电性和良好的分散性，能够提高碳浆的导电性。
总的来说，碳浆的导电原理与碳基纳米材料的导电性以及碳纳米材料的分散性密切相关。
通过选择适当的碳基纳米材料和溶剂，以及添加合适的组分，可以实现具有优异导电性能的碳浆。
碳浆的导电性使其成为许多领域中的重要功能材料，具有广阔的应用前景。
碳纳米管和石墨烯简介
其制得的CNTs抗拉强度不如上两种 方法好；存在催化剂失活的现象。
碳纳米管的性能
优异的力学性能：
•碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是 理想的高强度纤维材料。美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量 却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”。碳纳米管置于1000Pa的水压下,碳纳米管被压扁, 撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。
碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
碳纳米管的制备
电弧法
该方法是在真空反应室中充满 一定压力的惰性气体，采用面积较大 的石墨棒作电极，面积较小的石墨棒 作阳极。在电弧放电过程中，两石墨 电极间总保持一定的间隙。阳极石墨 棒不断被消耗，阴极上沉积有碳纳米 管、富勒烯、石墨颗粒、无定形碳和 其他形式的炭颗粒。
温度不易控制导致碳纳米管缺 缺点： 陷多；副产物多不易后期的分离提纯。 单壁碳纳米管的纯度较低、易
粘结。
有机气体催化裂解
催化裂解法是目前应用最广、最 易实现大规模生产的一种制备方法。 在此法中化学气相沉积法应用最广。 一般采用铁、钴、镍及合金做催化剂， 粘土、硅酸盐、氧化铝做载体，低碳 烃如乙炔、甲烷、丙烯等做碳源、氮 气、氢气、氨气等做稀释气在高温的 气流炉中进行，有时候还采用等离子 加强或微波辅助的方法来保持碳原子 的均匀分布。
任何极端温度下都不会损坏的特殊的“钢筋铁骨橡胶”
石墨烯和碳纳米管
石墨烯和碳纳米管
石墨烯和碳纳米管（以下简称CNT）——介绍如下：
1.什么是石墨烯：
石墨烯是一种特殊的单层石墨，位于萤石硅结构的顶部，形成单轨道层。
它以蜂窝或薄片形式存在，主要由六角面形成的碳原子组成，俗称“人造金刚石”。
它具有优异的机械性能，高热稳定性和电导性，能有效吸收、散布或转化各种能源。
2.什么是碳纳米管：
碳纳米管是由一维排列的碳原子制成的纳米管，具有优异的电学性能、机械性能和光学性能。
它就像是一条长而狭窄的袋子，由于其宽度仅为几纳米，具有高灵敏度和柔韧性。
此外，碳纳米管具有高抗热性能，耐酸碱性，易於模拟电路，寿命非常长，以及可以作为隧道管，作为电池和催化剂等。
3.石墨烯与碳纳米管的区别：
第一，在结构上，石墨烯是一种单层面结构，而碳纳米管是一种多层面结构。
第二，在性能上，石墨烯的热导率和介电常数比碳纳米管高，透明度强；碳纳米管具有较高的抗化学腐蚀性，可作为隧道管，力学强度更高。
第三，在用途上，石墨烯可以用作电池、柔性显示屏以及量子点等；碳纳米管可用于电子器件、坞状结构及光学应用等。
纳米材料—石墨烯、碳纳米管
纳米材料—石墨烯/碳纳米管1. 前言由于碳单质和化合物组成的多样性，碳及其化合物一直是材料、物理和化学领域的研究重点之一。
特别近三十年来，随着C60、碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)等明星材料的相续发现，逐次将碳材料的研究推向高潮。
碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，它的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维碳材料。
零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯共同组成了骨干的碳纳米材料家族，并且它们之间可以在形式上转化（图1）。
图1 石墨烯及各种石墨形体石墨烯和碳纳米管在电学和力学等方面有着相似的性质，但由于结构不同，它们也有很多不同之处。
碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料，它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。
为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。
石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。
基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景。
此外，掺杂一些改性剂的石墨烯/碳纳米管复合材料也受到人们的广泛关注，例如在石墨烯/碳纳米管复合电极上添加CdTe量子点制作光电开关、掺杂金属颗粒制作场致发射装置。
由此可见，石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用，也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。
2. 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法2.1 化学气相沉积法（CVD）CVD法因易于控制膜的组成及成份分散度而被广泛应用于制备石墨烯/碳纳米管复合膜。
碳纳米管石墨烯的制备
Introduction
目录
碳纳米管（CNTs）的合成
一般合成方法
基于CVD方法的CNTs生长控制
生长机理 催化剂
ห้องสมุดไป่ตู้
取向和超长 SWCNTs
直径和手性控制
• 石墨烯的合成
introduction
碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石 墨烯片层卷成的无缝、中空的管 体，石墨烯的片层可以从一层到 上百层。含有一层石墨烯片层的 称为单壁纳米碳管 (single welled carbon nanotube, SWNT)，多于一 层的则称为多壁纳米碳管 (multiwalled carbon nanotube , MWNT)。 SWNT的直径一般为 1～8nm，碳 纳米管长度可达几百纳米到几个 微 米 ， MWNT 的 层 间 距 约 为 0.34nm。
Challenge for CNTs
取向
手型和直径控制 层数控制 大面积
Challenge for Graphene
制备CNTs 的一般方法
电弧放电
制备CNTs 的一般方法
激光烧蚀
制备CNTs 的一般方法
等离子体CVD
热CVD
基于CVD方法制备的CNTs的生长机理
Base growth
introduction
Novoselov, et al. Science 306, 666 (2004)
Iijima et.al. Nature 363,603(1993)
Iijima Nature,354,56(1991)
碳纳米管（carbon nanotubes, CNTs）
新型芯片材料
新型芯片材料一、碳纳米管材料碳纳米管是一种由碳原子构成的管状结构材料。
由于其优异的电学、热学和力学性能，碳纳米管被广泛认为是下一代芯片材料的候选者之一。
碳纳米管具有小直径、高导电性、高载流子迁移率和良好的热导性等特点，可以用于替代传统的硅材料，提高芯片的性能和可靠性。
另外，碳纳米管也具有优异的力学性能，可以在柔性电子、可穿戴设备等领域得到广泛应用。
但是，目前碳纳米管的生产工艺和质量控制仍然存在诸多挑战。
碳纳米管的生产需要高温条件和复杂的化学反应，造成生产成本较高，并且生产过程中容易产生杂质和缺陷。
因此，如何提高碳纳米管的生产效率和质量，是目前该材料应用领域面临的一大挑战。
二、石墨烯材料石墨烯是由碳原子构成的二维结构材料，具有优异的导电性、热导性、透明性和力学性能。
由于其独特的性能，石墨烯被广泛应用于柔性显示屏、光电器件、传感器等领域。
在芯片材料方面，石墨烯可以用于替代传统的金属导线，提高芯片的传输速度和功耗表现。
然而，石墨烯的生产工艺和大规模制备仍然是一个难题。
目前的石墨烯生产技术主要基于化学气相沉积和机械剥离等方法，复杂的工艺和高成本限制了石墨烯的商业化应用。
另外，石墨烯在集成电路和封装技术方面也存在挑战，如何将石墨烯与传统的硅材料结合起来，提高芯片的整体性能，是未来石墨烯芯片应用的重点研究方向。
三、有机薄膜材料有机薄膜材料是一种基于有机化合物的薄膜材料，具有良好的柔性和可加工性。
有机薄膜材料因其低成本、易加工、高透明度等优点，被广泛应用于有机发光二极管、柔性太阳能电池、柔性传感器等领域。
在芯片材料方面，有机薄膜材料可以用于替代硅材料，制备柔性电子器件，实现柔性显示屏、可穿戴设备等新型应用。
然而，有机薄膜材料的稳定性和可靠性仍然是一个挑战。
有机材料在长时间使用过程中容易老化、氧化和分解，降低了器件的性能和寿命。
因此，如何提高有机薄膜材料的稳定性和可靠性，是未来该材料应用领域的重点研究方向。
四、二维过渡金属氧化物材料二维过渡金属氧化物材料是一种具有二维结构的金属氧化物材料，具有优异的电学、光学、热学和力学性能。
碳纳米管的微观结构
碳纳米管的微观结构
碳纳米管是一种由碳原子构成的微观结构。
它的存在形态分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管是由一个或几个石墨烯层卷成管状物而成。
在其构成中，碳原子呈带有六个角的六边形基元构成。
其结构独特，具有很强的机械性能，化学反应活性强以及电学和热学特性等。
单壁碳纳米管的直径通常在1-2纳米左右，长度则可以达到数微米甚至大于10微米。
由于其特殊的性质，单壁碳纳米管广泛应用于催化、电极材料、生物传感器、航空航天等领域。
多壁碳纳米管是由若干个同轴石墨烯管层堆叠而成，它的结构形态比单壁碳纳米管更加复杂。
多壁碳纳米管的直径通常在20-200纳米之间，壁的数目和厚度也不尽相同。
多壁碳纳米管的性质和应用也与单壁碳纳米管有所不同，例如在电化学储能材料、复合材料、催化剂载体等领域中具有重要的应用前景。
碳纳米管的微观结构是一项十分重要的研究领域。
通过对其结构和性质的深入理解，可以为其应用提供更加精确的设计和性能优化。
同时，也能为石墨烯、碳纳米材料等相关领域的研究提供重要的参考和指导。
为了更好地发掘其潜在价值，我们需要进一步了解碳纳米管的微观结构，并不断推动相关领域的研究工作。
石墨烯基础知识简介
⽯墨烯基础知识简介1.⽯墨烯（Graphene）的结构⽯墨烯是⼀种由碳原⼦以sp2杂化轨道组成六⾓型呈蜂巢状晶格的平⾯薄膜，是⼀种只有⼀个原⼦层厚度的⼆维材料。
如图1.1所⽰，⽯墨烯的原胞由晶格⽮量a1和a2定义每个原胞内有两个原⼦，分别位于A和B的晶格上。
C原⼦外层3个电⼦通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹⾓120°，第4个电⼦为公共，形成弱π键（紫）。
⽯墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原⼦的p轨道均与sp2杂化平⾯垂直，且以肩并肩的⽅式形成⼀个离域π键，其贯穿整个⽯墨烯。
如图1.2所⽰，⽯墨烯是富勒烯（0维）、碳纳⽶管（1维）、⽯墨（3维）的基本组成单元，可以被视为⽆限⼤的芳⾹族分⼦。
形象来说，⽯墨烯是由单层碳原⼦紧密堆积成的⼆维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形⽹格构成的平⾯。
每个碳原⼦通过sp2杂化与周围碳原⼦构成正六边形，每⼀个六边形单元实际上类似⼀个苯环，每⼀个碳原⼦都贡献⼀个未成键的电⼦，单层⽯墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的⼆⼗万分之⼀。
图 1.1（a）⽯墨烯中碳原⼦的成键形式（b）⽯墨烯的晶体结构。
图1.2⽯墨烯原⼦结构图及它形成富勒烯、碳纳⽶管和⽯墨⽰意图⽯墨烯按照层数划分，⼤致可分为单层、双层和少数层⽯墨烯。
前两类具有相似的电⼦谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于⼀点的半⾦属），具有空⽳和电⼦两种形式的载流⼦。
双层⽯墨烯⼜可分为对称双层和不对称双层⽯墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；⽽对于后者，其两⽚⽯墨烯之间会产⽣明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈⽰出明显的关态。
单层⽯墨烯（Graphene）：指由⼀层以苯环结构（即六⾓形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原⼦构成的⼀种⼆维碳材料。
双层⽯墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六⾓形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原⼦以不同堆垛⽅式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的⼀种⼆维碳材料。
碳纳米管和石墨烯简介
柔性传感器
石墨烯的高灵敏度和柔韧性可用 于制造柔性传感器，可应用于医
疗、环境监测等领域。
传感器领域
气体传感器
石墨烯对气体分子的高灵敏度可用于制造高灵敏度的气体传感器 ，可应用于环境监测、工业过程控制等领域。
生物传感器
石墨烯的生物相容性和高导电性可用于制造生物传感器，可应用于 医疗诊断、生物分子检测等领域。
碳纳米管可作为药物载体，实现药物 的定向输送和缓释。
05 石墨烯应用前景
柔性电子器件领域
柔性显示屏
石墨烯的高导电性和柔韧性使其 成为制造柔性显示屏的理想材料 ，可应用于手机、可穿戴设备等
。
柔性电池
石墨烯的高导电性和大面积制备 能力使其成为制造柔性电池的关 键材料，可应用于可穿戴设备、
电动汽车等领域。
制备方法
机械剥离法
化学气相沉积法（CVD）
氧化还原法
液相剥离法
利用胶带反复剥离石墨片层， 得到单层或多层石墨烯。此方 法简单易行，但产量低且尺寸 难以控制。
在高温下，利用含碳气体在金 属基底上催化裂解生成石墨烯 。此方法可制备大面积、高质 量的石墨烯，但需要高温高压 条件，成本较高。
通过化学方法将石墨氧化成氧 化石墨，再经过还原处理得到 石墨烯。此方法产量较高，但 所得石墨烯缺陷较多，性能较 差。
激光烧蚀法
使用高能激光脉冲照射石 墨靶材，使石墨蒸发并在 惰性气体中冷凝形成碳纳 米管。
02 石墨烯概述
定义与结构
石墨烯定义
石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的二维材料，具有蜂窝状晶格 结构。
原子结构
石墨烯中的每个碳原子都与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的六边形网 格。剩余的π电子在垂直于平面的方向上形成离域大π键，赋予石墨烯良好的导 电性。
石墨烯与碳纳米管
石墨烯与碳纳米管
主讲人：张涛 所属学院：化学与化工学院 所学专业：化学工程与工艺 制作日期：2017.10.14
Hale Waihona Puke 目录 2
1.石墨烯和碳纳米管简介 2.石墨烯和碳纳米管的制备方法 3.石墨烯和碳纳米管在催化反应中的应用 4.石墨烯和碳纳米管做载体制备负载型催化剂 5.参考文献 6.致谢
尺寸可控，高质量， 需要大量的生长基底， 保持了石墨烯高导 成本高，制备条件苛 电性能的特性和机 刻（高温条件），无 械强度 法大批量廉价制备
2.2 碳纳米管的制备方法
电弧放电法 激光蒸发法
9
化学气相沉积法
模板法
参考文献：萧国强. CVD法制备碳纳米管的催化剂的制备工艺[D].广东工业大学,2003.
2)催化反应的促进剂
利用碳纳米管对氢的优良吸附、活化及存储性能,作为催化反应催化剂 的载体和促进剂,能很好地促进含氢合成反应,能够大大提高产品的产率
参考文献：萧国强. CVD法制备碳纳米管的催化剂的制备工艺[D].广东工业学,2003.
4.1 石墨烯作载体制备负载型催化剂
石墨烯：紫外光辅助法、模板法、水热法等
碳纳米管的制备方法比较
方法名称 具体过程 优点 缺点
石墨电极在电弧产生的高温下蒸发， 设备简单，产量大 在阴极沉积出纳米管。 激光束能量使碳靶(石墨靶)或含催 化剂的碳靶局部高温蒸发,形成石墨 碎片卷成碳纳米管。 借鉴气相生长碳纤维的制备方法,以 CH4、C2H2等碳氢气体为原料气,在过 渡金属元素Fe、Co、Ni等催化剂的 作用下高温分解,制得碳纳米管。 利用含碳气体在通过吸附有催化剂 的具有10一100 nm孔径的载体时,在 载体中生成碳纳米管。 产物纯度高，易于 提纯
碳纳米管的原理
碳纳米管的原理
碳纳米管是由碳原子构成的纳米管状结构，具有很强的力学和电学性质。
其原理是由一层或多层的石墨烯卷曲形成，石墨烯是由碳原子构成的六角形排列的单层或多层薄片。
碳纳米管可以被分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种类型，单壁碳纳米管由一个石墨烯卷曲而成，而多壁碳纳米管则由多个石墨烯卷曲而成。
碳纳米管具有很强的力学和电学性质，其特性与其结构有关。
碳纳米管的结构和形态可以通过碳纤维电弧放电等多种方法制备。
由于其具有高强度和高导电性的特性，碳纳米管在材料科学、生物医学、能源和电子学等领域中有广泛的应用。
新型复合碳源主要成分
新型复合碳源主要成分
新型复合碳源的成分可能包括以下几种：
1. 碳纳米管：碳纳米管是由碳原子构成的纳米尺度管状结构，具有优异的力学、导电和导热性能。
2. 石墨烯：石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶格结构，具有高度的机械强度、导电性、导热性和化学稳定性。
3. 纳米颗粒：具有纳米尺度的颗粒状结构，如金属纳米颗粒或氧化物纳米颗粒，可以用作催化剂或增强材料的添加剂。
4. 多孔碳材料：具有许多微孔和介孔结构的碳材料，可以提供大量储存材料或分离材料的空间。
5. 生物质基碳材料：利用生物质作为原料，经过炭化或炭化改性制备的碳材料，具有环境友好、可再生等特点。
这些不同成分的组合可以根据需要进行调整，以满足不同应用领域的要求。
碳元素的同素异形体
碳元素的同素异形体
碳元素是元素周期表中最重要的元素之一，它具有多种同素异形体。
它们之间的化学性质不同，但它们的原子结构和空间结构相同。
同素异形体的碳元素有四种：石墨烯、碳纳米管、碳纤维和碳点。
石墨烯是由一层厚度仅为一个原子的碳原子构成的，具有高强度、高热稳定性和高电导率等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息等领域。
碳纳米管由一层厚度仅为一个原子的碳原子组成的管状结构，具有高强度、高热稳定性和高电导率等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息等领域。
碳纤维是由多层碳管组成的纤维状结构，具有抗拉强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息等领域。
碳点是由一层厚度仅为一个原子的碳原子组成的微米级结构，具有高强度、高热稳定性和高电导率等优异性能，广泛应用于航空航天、电子信息等领域。
综上所述，碳元素的同素异形体有石墨烯、碳纳米管、碳纤维和碳点，它们具有不同的化学性质，但它们的原子结构和空间结构相同，并且在航空航天、电子信息等领域有着广泛的应用。
碳纳米管和石墨烯简介
应化0902
张一恒Βιβλιοθήκη 碳纳米管碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室 的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产 的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳 原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成 由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳 原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳 纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁 碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有 纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽， 碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数 百微米。 碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
石墨烯的应用
超级电容器：
超级电容器是一个高效储存和传递 能量的体系，它具有功率密度大，容量 大，使用寿命长，经济环保等优点，被 广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯 拥有高的比表面积和高的电导率，不像 多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使 它成为最有潜力的电极材料。以石墨烯 为电极材料制备的超级电容器功率密度 为10kW／kg，能量密度为28．5Wh ／kg，最大比电容为205F／g，而且 经过1200次循环充放电测试后还保留 90％的比电容，拥有较长的循环寿命。 石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受 到更多的研究者关注。
石墨烯的应用
透明电极：
工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧 化铟锡(ITO)，由于铟元素在地球上的含量 有限，价格昂贵，尤其是毒性很大，使它的 应用受到限制。作为炭质材料的新星，石墨 烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形 成渗透电导网络的特点，被认为是氧化铟锡 的替代材料，石墨烯以制备工艺简单、成本 低的优点为其商业化铺平了道路。Mullen研 究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石 墨烯，薄膜电阻为900 Ω ，透光率为70％ ，薄膜被做成了染料太阳能电池的正极，太 阳能电池的能量转化效率为0．26％。2009 年，该研究组采用乙炔做还原气和碳源，采 用高温还原方法制备了高电导率(1425S／ cm)的石墨烯，为石墨烯作为导电玻璃的替 代材料提供了可能。
碳纳米管与石墨烯
层石墨烯片叠加，可以将元器
件的电噪声降低10倍，由此可 以大幅改善晶体管的性能，这
将有助于制造出比硅晶体管速
度快、体积小、能耗低的石墨 烯晶体管。
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石墨烯在储氢/甲烷中的应用
Dimitrakakis利用石墨烯和碳纳米管设计了一个三维储氢模
型，如果这种材料掺入锂离子，其在常压下储氢能力可以达 到 41g/L。因此，石墨烯这种新材料的出现，为人们对储氢 ／甲烷材料的设计提供了一种新的思路和材料。
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化学修饰
改善多壁碳纳米管（WMCNTs）在水体系中的分散性， 以阿拉伯 胶 （ GA ） 为分散剂 （ SAA ） ，采用 SAA 超 声处理法对WMCNTs进行修饰。 通过GA分子长链的包覆改善WMCNTs的亲水性和 分散性，进而表现出对 WMCNTs 具有较好的分散稳 定性。
超支化聚合物修饰的 CNTs 具有核壳结构 , 分子的壳 层高度支化,末端聚集大量的活性官能团，粘度低、溶解 性能好，分子之间无缠结，因此表现出许多线形聚合物 修饰的所不具有的特殊性能，如良好的溶解性，低溶液 粘度，高反应活性，并且可以通过封端反应加以改性。
张梓军等.超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展[J].材料导报.2012，26：144-148
主要内容
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简介 碳纳米管 石墨烯
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总结
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1.简介
化学修饰
用吸附、涂敷、聚合、化 学反应等方法把活性基团 或催化物质等附着在电极 表面，保护电极或改进电 极特征功能的工艺过程。
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1.简介
碳纳米管（Carbon Nanotube）： 又称巴基管与石墨、金刚石一 样,也是碳的同素异构体。 无缝中空管状的碳分子，管上 每个碳原子采取sp2杂化，相互之间 碳-碳σ 键结合起来，形成由六边形 组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的 骨架。径向为纳米级，轴向为微米 级。
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1、简述碳纳米管和石墨烯的成建构成？
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。
并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。
其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)作为碳的第四种同素异形体，由于其准一维的管状纳米结构，以及独特的机械、电子传导、气体吸附等性质，越来越被人们所关注和研究，并已在多种领域得到广泛的应用。
2、碳纳米管的性能由直径D和手性角θ来确定。
已知碳纳米管单胞的手性矢量为C=na1+ma2 ，试推导碳纳米管直径D和手性角θ表达式。
当（n，m）为（8，0），（8,4），（8,3）时判断碳纳米管类型。
CNTs的性能由它们的直径和手性角θ来确定，而这两个参数又取决于两个整数n和m值，Ch=na1+ma2，a1和a2为CNTs一个单胞的单位矢量。
手性矢量形成了纳米管圆形横截面的圆周，不同的m和n值导致了不同的纳米管结构1,5。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。
碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。
当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。
根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k±1，碳纳米管为半导体型。
3、简述纳米尺度的物理效应。