碳纳米材料综述
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料，碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注，并且从以往的实践经验上来看，碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。
在本文的研究当中，主要立足于这一领域进行分析，提出了碳纳米管本身所具备的特性，以及这种材料在实践过程当中的优越性，进而提出应用策略，希望能够在一定程度上起到借鉴作用。
关键词碳纳米管；复合材料；复合镀迄今为止，碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用，并且取得了比较显著的成果，其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。
在应用过程当中，碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。
本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面，提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。
1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看，碳纳米管具有石墨层状的结构，其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键，无论在理论计算还是实践当中，都能够看出来，碳纳米管具有非常强的韧性。
在制备过程当中，碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。
具体来讲，在电弧放电当中，主要制备单壁碳纳米管，但是其中具有一定的弊端，比如产率非常低，但是成本却很高；而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点，一般在现代工程的批量化生产过程当中，会用到这种方法。
在当前应用领域，高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。
但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后，要想在强度上取得新的突破，必须要有效减少碳纤维的直径，提高纵横比。
碳纳米管是比较典型的纳米材料，纵横比非常可观。
更为重要的是，从长度上来讲，纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响，使用这一材料能够有效聚合复合材料，改变传统加工当中的一些问题，增强复合材料的导电性能。
再加上纳米管当中所具备的结构优势，使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。
纳米碳材料的特性及应用
纳米碳材料的特性及应用纳米碳材料是指由碳原子组成的材料，在纳米尺度下具有特殊的物理、化学和电子性质。
常见的纳米碳材料包括纳米管、纳米颗粒和石墨烯等。
纳米碳材料具有以下特性：1. 巨大的比表面积：纳米碳材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附性能和催化性能。
比表面积的增大有助于提高材料的活性。
2. 准一维或二维结构：纳米碳材料常常具有准一维或二维结构，例如碳纳米管是一种具有管状结构的材料，石墨烯是一种单层碳原子排列成二维平面结构的材料。
这种结构使纳米碳材料具有特殊的电子和光学性质。
3. 高导电性和高机械强度：纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度。
其中，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，是一种理想的导电材料。
石墨烯也具有较高的导电性和机械强度，具有广泛的应用前景。
4. 优异的光学特性：纳米碳材料具有优异的光学特性，例如碳纳米管具有独特的吸收和发射光谱特性，可以应用于光电器件和生物标记。
纳米碳材料在许多领域具有广泛的应用，包括以下几个方面：1. 电子学应用：由于纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度，常用于制备导电材料和电子器件。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料可用于制备柔性电子器件、场发射材料和导电粘合剂等。
2. 催化应用：纳米碳材料具有较大的比表面积和良好的催化性能，可用作催化材料。
纳米碳材料在催化剂的设计和开发中起到重要的作用，特别是碳纳米管在应用于催化反应中具有较高的活性和选择性。
3. 吸附材料：纳米碳材料具有巨大的比表面积和优异的吸附性能，可用作吸附剂。
纳米碳材料对有机物质和重金属离子等具有良好吸附能力，可应用于环境污染物的吸附和处理。
4. 生物医学应用：纳米碳材料在生物医学领域具有广泛的应用。
纳米碳材料具有较好的生物相容性和生物活性，可以用于生物传感器、药物传递、组织工程和生物成像等方面。
5. 能源存储和转换：纳米碳材料在能源领域具有重要的应用价值。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料具有较高的电导率，可用于制备电池电极材料、超级电容器和燃料电池等。
碳纳米材料在电池中的应用研究
碳纳米材料在电池中的应用研究引言：随着能源需求的增长和能源消耗的加剧，传统燃料的使用已经不再可持续。
因此，人们对新型能源储存和转换技术的需求变得越来越迫切。
碳纳米材料由于其特殊的结构和优异的性能，在能源领域中得到了广泛关注。
本文将重点讨论碳纳米材料在电池中的应用研究，探讨其潜在的应用前景和挑战。
一、碳纳米材料的特性和制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米尺度材料，包括碳纳米管、石墨烯、炭黑等。
它们具有高比表面积、良好的导电性和化学稳定性等独特的特性。
碳纳米材料的制备方法繁多，常见的有化学气象法、电弧放电法和化学气相沉积法等。
二、碳纳米材料在锂离子电池中的应用1. 正极材料改性由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可用于改善锂离子电池正极材料的性能。
例如，将碳纳米管添加到锂铁磷酸盐正极材料中，可以提高其电导率和锂离子扩散速度，从而提高电池的放电性能和循环稳定性。
2. 负极材料改性碳纳米材料还可以用于改善锂离子电池负极材料的性能。
石墨烯的应用研究表明，添加石墨烯可以提高负极材料的电导率和锂离子嵌入/脱嵌速率，从而增加电池的储能密度和循环寿命。
三、碳纳米材料在超级电容器中的应用1. 电极材料改性碳纳米材料可以用于改善超级电容器的电极材料。
炭黑是一种常用的电极材料，其高比表面积和导电性使得电容器具有较高的电容量和快速的充放电速度。
此外，碳纳米管和石墨烯等材料的引入也可以进一步提高超级电容器的性能。
2. 电解质改性除了作为电极材料的改性外，碳纳米材料还可以用于改善超级电容器的电解质。
例如，添加碳纳米材料到电解质中可以提高其离子传导能力和界面稳定性，从而提高超级电容器的性能。
四、碳纳米材料在太阳能电池中的应用碳纳米材料也被广泛研究用于太阳能电池中。
由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可以提高太阳能电池的光吸收能力和电荷传输速率。
此外，石墨烯和碳纳米管的应用可以提高太阳能电池的稳定性和寿命。
总结：碳纳米材料在电池中的应用研究显示出了巨大的潜力。
碳纳米材料
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碳纳米管的应用潜力
高性能纤维、复合材料 高导电、高导热纤维/复合材料 抗冲击防护材料 电磁屏蔽 锂电/超电容储能和电极材料 吸附和过滤材料 用于：航空航天、军工、能源、环境、机械、电子、生活
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石墨烯
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20世纪70年代，Clar等利用化学方法合 成一系列具 有大共轭体系的化合物，即 石墨烯片。
Schmidt等科学家对其方法进行改进，合 成了许多含不同边缘修饰基团的石墨烯 衍生物，但这种方法不能得到较大平面 结构的石墨烯。
2004年，Geim等以石墨烯为原料，通过
微机械力剥离法得到一系列叫作二维原
子晶体的新材料——“石墨烯
（graphene）”
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石墨烯中各个碳原子之间的连接十分柔韧，当对其施加 外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子 不必重新排列来适应这个外力，就保持了该材料结构的 稳定性。
同时，这种稳定的晶体结构也使石墨烯具有优秀的导电 性，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷 或引入外来原子而发生散射。
石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性 能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。
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石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。石墨烯 电子能带结构以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的 势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分 布。在狄拉克点附近展开，可得能量与波矢呈线性关系 （类似于光子的色散关系），且在狄拉克点出现。这意 味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这 也解释了该材料独特的电学等性质。
碳纳米材料
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碳纳米简介
碳纳米材料的含义：
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm 的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种 原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材 料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳 球。
mof衍生碳纳米材料
mof衍生碳纳米材料
MOF (金属有机骨架材料) 是一类以金属离子或金属簇为节点、有机配体为连接体的晶体材料。
它具有特殊的多孔结构、可调控的孔径和表面功能性，因此被广泛研究和应用于气体吸附与储存、气体分离与传感、催化等领域。
MOF材料具有高度的化学可调控性和结构多样性，可以通过
合成来调节孔径大小和表面性质，进而合成出不同应用需求的碳纳米材料。
例如，通过选择特定的配体和金属离子，研究人员可以合成出具有高度多孔结构的MOF材料，进一步将其进
行碳化处理，得到具有纳米结构和大表面积的碳材料。
这些碳纳米材料可以被用作催化剂支撑材料、储能材料、吸附剂等。
此外，通过将MOF材料与其他碳材料如石墨烯、碳纳米管等
进行复合，还可以得到具有优异性能的复合碳纳米材料。
这些复合材料可以具有高导电性、高孔容、高力学性能等特点，在电化学能源存储、催化反应等方面具有潜在应用前景。
总结来说，MOF衍生碳纳米材料是通过合成、碳化或与其他
碳材料复合等手段，利用MOF材料所特有的可调控多孔结构
和多样性化学性质形成的一类碳纳米材料，具有广泛的应用潜力。
碳纳米材料在催化领域中的应用
碳纳米材料在催化领域中的应用引言：碳纳米材料是一类具有优异性能和广泛应用前景的新型材料。
由于其独特的结构和物理化学性质，碳纳米材料在催化领域中展现出了巨大的潜力。
本文将从催化反应机理、催化剂设计、电化学催化等方面，综述碳纳米材料在催化领域中的应用。
一、碳纳米材料的催化反应机理研究1.1 表面活性位点的理解在催化过程中，表面活性位点是催化剂实现分子转化的关键。
碳纳米材料具有丰富的表面活性位点，包括边界位点、缺陷位点等。
深入研究碳纳米材料表面活性位点的结构和性质，对于理解碳纳米材料催化机理具有重要意义。
1.2 催化反应机理的研究方法通过理论计算和实验手段相结合的方法，可以揭示碳纳米材料在催化领域中的应用机制。
以氢化反应为例，通过计算方法可以模拟催化反应的过程，揭示碳纳米材料表面的活性位点和反应物之间的相互作用，为设计高效催化剂提供理论指导。
二、基于碳纳米材料的催化剂设计2.1 碳纳米材料基载体的设计将金属纳米颗粒载载于碳纳米材料的表面，可以有效地提高催化剂的稳定性和分散性。
通过选择不同的碳基材料，如石墨烯、碳纳米管等，可以调控金属纳米颗粒与碳基材料之间的相互作用，从而实现对催化剂性能的优化。
2.2 表面修饰的催化剂设计通过在碳纳米材料表面引入功能基团，可以改变催化剂的表面性质，进而调控催化剂的催化活性和选择性。
例如，引入酸性基团可以增强催化剂对酸性催化反应的催化活性；引入金属基团可以实现对催化剂表面电子结构的调控，从而优化催化剂的性能。
三、碳纳米材料在电化学催化中的应用3.1 燃料电池催化剂的设计碳纳米材料具有优异的导电性能和较高的比表面积，因此被广泛应用于燃料电池催化剂的设计中。
通过调控碳纳米材料的形貌和结构，可以提高燃料电池的催化活性和稳定性。
3.2 电解水催化剂的设计电解水是制备氢能的重要方式，而碳纳米材料在电解水催化剂设计中也显示出了极大的应用潜力。
石墨烯、碳纳米管等碳基材料被广泛运用于电解水催化剂的制备，通过控制碳纳米材料的结构和掺杂杂原子，可以提高电解水的分解效率。
碳基纳米材料
碳基纳米材料
碳基纳米材料是一类具有特殊结构和性能的纳米材料，由碳元素组成，具有独
特的电学、光学、热学和力学性质。
碳基纳米材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等，它们在材料科学、纳米科技、电子学、光电子学等领域具有广泛的应用前景。
首先，碳纳米管是一种空心圆柱形结构的碳纳米材料，具有优异的导电性、热
导率和力学性能。
碳纳米管可以用于制备导电材料、增强材料、传感器、储能材料等。
其独特的结构和性能使其在纳米材料领域具有重要的应用前景。
其次，石墨烯是一种由单层碳原子按照六角形排列而成的二维材料，具有优异
的导电性、热导率和机械强度。
石墨烯可以用于制备柔性电子器件、透明导电薄膜、超级电容器、锂离子电池等。
其独特的二维结构和优异的性能使其成为纳米材料领域的研究热点。
最后，碳纳米片是一种由多层石墨烯片层堆积而成的纳米材料，具有介于石墨
烯和石墨之间的性质。
碳纳米片可以用于制备导电材料、阻燃材料、复合材料等。
其特殊的结构和性能使其在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
总之，碳基纳米材料具有独特的结构和性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米
科技的不断发展和进步，碳基纳米材料将会在材料科学、电子学、光电子学等领域发挥重要作用，推动科技创新和产业发展。
希望通过对碳基纳米材料的研究和应用，能够为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
纳米材料文献综述资料
北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY碳纳米管的性质与应用姓名：赵开专业：应用化学班级： 0804学号： 0801050972011年05月文献综述前言本人论题为《碳纳米管的性质与应用》。
碳纳米管是一维碳基纳米材料，其径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口。
碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等力学，电磁学特点。
近年来，碳纳米管在力学、电磁学、医学等方面得到了广泛应用。
本文根据众多学者对碳纳米管的研究成果，借鉴他们的成功经验，就碳纳米管的性质及其功能等方面结合最新碳纳米管的应用做一些简要介绍。
本文主要查阅近几年关于碳纳米管相关研究的文献期刊。
碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体之一，是由六元碳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。
碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。
由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管（SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳纳米管（MWNT）。
自从1991年日本科学家lijima发现碳纳米管以来，其以优异的力学、热学以及光电特性受到了化学、物理、生物、医学、材料等多个领域研究者的广关注。
一、碳纳米管的性质碳纳米管的分类研究碳纳米管的性质首先要对其进行分类。
（1）按照石墨层数分类，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
（2）按照手性分类，碳纳米管可分为手性管和非手性管。
其中非手性管又可分为扶手椅型管和锯齿型管。
（3）按照导电性能分类，碳纳米管可分为导体管和半导体管。
碳纳米管的力学性能碳纳米管无缝管状结构和管身良好的石墨化程度赋予了碳纳米管优异的力学性能。
其拉伸强度是钢的100倍，而质量只有钢的1/ 6，并且延伸率可达到20 %，其长度和直径之比可达100～1000，远远超出一般材料的长径比，因而被称为“超强纤维”。
碳纳米材料综述
碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
新型纳米碳材料之纳米材料简介
高表面积材料领域――美领先，欧次之，日第三；
中国在纳米科技领域的总体水平与美、日、欧相比， 差距还是很大的，尤其是在纳米器件方面差距更为明 显。
实心的纳米棒、纳米线、量子线
朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量
DNA开关
•原子森林由德国实验室托斯顿·邓 卓巴拍摄的这一图像显示了一片 GeSi量子点“森林”，其实，它们 只有15纳米高，直径也只有70纳米。
探针与样品间加电压 形成隧穿电流
z
U
I UeC / As
—— 对表面间距异常敏感
通过探测物质表面的隧道电流来分辨其表面特征
I UeC / As
扫描隧道显微镜的两种工作模式：
恒电流模式
恒高度模式
STM特点： 具有原子级高分辨率
xy方向 0.2nm z 方向 0.005nm
在原子尺 度探测
上时，它们会快速滴落，并带走纳米线上的尘埃。
发达国家的政府和企业纷纷投入大量人力、物力 和财力进行纳米科技的研究和产业化。
目前，美国已在纳米结构组装体系、高比表面积 纳米颗粒制备与合成，以及纳米生物学方面处于领先 地位。在纳米器件、纳米仪器、超精度工程、陶瓷和 其他结构材料方面略逊于欧共体。
日本在纳米器件和复合纳米结构方面有优势，在 分子电子学技术领域也有很强实力，紧随德国之后。 德国在纳米材料、纳米测量技术、超薄膜的研发领域 具有很强的优势。
碳纳米材料用途
碳纳米材料用途
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。
分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至可以是纳米孔。
纳米碳材料主要包括三种类型:碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。
1.锂电池领域，在锂电池中该材料主要用于正负极中增加导电性使用，以降低电池内阻，从而减小电池内阻降低自放电等，一般加了碳管的电池低温性能会好一点，总而言之这是一款电池里面的味精，对电池性能提升有一定的作用，但无法起到决定性作用。
2.塑料领域，一般是将碳纳米管干粉通过双螺杆挤出等工艺与聚合物材料共混然后造粒，可以提高塑料产品的导电能力，在一些如静电屏蔽领域有较好的应用。
3.重防腐涂料，如船泊、集装箱等经常需要在海上工作的金属部件会受到海水的严重侵蚀，所以一般会在其表面涂覆重防腐涂料，传统的重防腐涂料会有大量的锌粉添加剂，出于降成本和改善涂料性能的目的，很多做涂料的公司正在开发将石墨烯，碳纳米管等新型碳材料添加到涂料中可在性能指标一致的情况下大幅度降低锌粉的用量，这一块的应用还是很不错的，个人认为比在电池中的作用大。
碳纳米材料的制备和应用
碳纳米材料的制备和应用碳纳米材料是指尺寸在1至100纳米之间的碳材料，具有特殊的物理和化学特性，在电子、光电、光学及物理化学等领域具有广泛的应用。
本文将介绍碳纳米材料的制备技术和应用领域。
一、碳纳米材料的制备技术碳纳米材料的制备技术可分为两类：自下而上和自上而下。
自下而上的制备方法是指从碳原子开始，逐步合成出碳纳米材料，其中主要包括化学气相沉积、电子束辐照和溶胶-凝胶法等。
自上而下的制备方法是指从大分子结构开始，通过削减、切割等方式来制备碳纳米材料，其中主要包括机械剥离法、化学氧化剥离法和电化学剥离法等。
1.化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将气态碳源分解并在衬底表面上沉积成碳纳米材料的方法。
常用的气态碳源有甲烷、乙烯、乙炔、苯等。
在CVD反应中，碳源触碰热衬底表面后产生热裂解，并沉积为纳米级的碳材料。
这种方法可以制备出具有良好导电性、优良光催化性质和热稳定性的碳纳米管等。
2.电子束辐照电子束辐照是将电子束照射在石墨材料表面，并形成非平面的碳结构。
通过辐照后的样品热处理，有可能制备出具有较高表面积的多壁碳纳米管等。
电子束辐照技术制备的碳纳米材料成本低、成品纯度高、易于量产。
3.溶胶-凝胶法通过稳定的胶体反应，改变溶剂中的物理状态，使其经历溶解、胶化、干燥、热解等依次过程，最终获得纳米结构材料。
这种方法可以制备出具有良好光、电、磁等性能的碳纳米粒子和薄膜。
以上三种制备方法是目前最常用的碳纳米材料制备技术，它们都各自具有一些优点和缺点，因此在实际应用中应根据需要选择适合的方法。
二、碳纳米材料的应用领域1. 电子学由于碳纳米材料具有优异的电学性能，提高了电子器件装配的性能。
当碳原子被组合成焦炭合适的方式时，它们就能形成高导电和低阻抗的电极，这种结构能够满足极小型化的需求，在纳米chip、管道、晶体管等微型电子元件中有着广泛的应用。
2. 材料化学碳纳米材料在材料科学领域被广泛应用。
比如，碳纳米管可以用作吸附剂去除有机污染物。
碳纳米材料的电化学性能研究
碳纳米材料的电化学性能研究在过去的几十年中，纳米科学和纳米技术的发展引起了巨大关注。
纳米材料因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于各个领域，包括电子、能源、催化等。
碳纳米材料作为一类重要的纳米材料，在电化学领域展现出了巨大的潜力。
本文将重点介绍碳纳米材料的电化学性能研究，并探讨其在能源存储和转换领域的应用。
一、碳纳米材料的种类及制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米结构材料，具有高度的晶体结构和表面活性。
常见的碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳等。
碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，在电催化、电池和超级电容器等领域有广泛的应用。
石墨烯是由碳原子构成的单层薄片，具有高度的导电性和导热性，在电极材料和催化剂中有广泛的应用。
纳米多孔碳具有大比表面积和高孔容量，可用于储能、分离和催化等方面。
碳纳米材料的制备方法多种多样，常见的方法包括化学气相沉积、机械剥离法和热处理法等。
化学气相沉积是一种常用的碳纳米管制备方法，通过将碳源在高温下分解，碳原子重新排列形成碳纳米管。
机械剥离法是制备石墨烯的一种有效方法，通过对石墨进行机械剥离，获得单层的石墨烯。
热处理法是一种制备纳米多孔碳的方法，通过选择合适的碳源和炭化温度，在高温下形成多孔的碳材料。
二、碳纳米材料的电化学性能研究方法为了充分发挥碳纳米材料的优异性能，在电化学应用中需要深入研究其电化学性能。
常用的研究方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和电化学测试等。
扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以用于观察碳纳米材料的形貌和结构特征。
通过SEM和TEM的观察，可以了解碳纳米材料的形貌、尺寸和分散性等。
X射线衍射可以用于分析碳纳米材料的晶体结构和晶格常数，从而得到其晶体学信息。
电化学测试是评估碳纳米材料电化学性能的重要方法。
常见的电化学测试包括循环伏安法（CV）、恒流充放电测试、交流阻抗谱（EIS）等。
循环伏安法可以通过对碳纳米材料施加不同的电压，得到材料的电流-电压曲线，从而了解其电化学活性和电子传递性能。
碳纳米管综述
碳纳米管综述碳纳米管的研究进展自20世纪90年代初，日本NEC公司的Sumio Iijima 发现碳纳米管（CNT）以来，其特异的力学和电学性质引发了世界范围内的研究热潮，碳纳米管逐渐成为纳米材料中的明星，得到众星捧月般的关注。
当前，碳纳米管的研究还处在早期阶段，研究工作主要集中在它的生长和表征上，到碳纳米管产品大量投放市场还需要一段时间。
这并不奇怪，因为通常一种新兴事物从发现到投放市场需要10年左右时间。
人们将跨越碳纳米管的奇妙性质研究阶段，而着手解决从材料到器件、从器件到系统等诸多实际问题。
相信在不远的将来，碳纳米管会走进我们的日常生活，成为我们工作和生活中不可或缺的一部分。
我国的碳纳米管研究队伍十分庞大，从事碳纳米管研究的高校和科研院所不下50家，人数不下2000人。
国家有过部门高度重视碳纳米管研究，科技部973计划、863计划以及刚刚启动的纳米重大研究计划、国家自然科学基金、中国科学院等对此均有部署。
我国科研人员发表的相关学术论文逾4400篇，占纳米管论文总数的21%以上，这反映了国内碳纳米管研究的活力和实力。
碳纳米管的分类石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管（SWNT）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。
SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。
因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。
多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。
其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。
多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。
多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。
碳纳米管一维狄拉克材料-概述说明以及解释
碳纳米管一维狄拉克材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，被广泛认为是材料科学领域的研究热点之一。
碳纳米管由碳原子以一定的方式排列而成，形成了空心的管状结构。
其独特的一维结构使其具有许多特殊的物理性质和潜在的应用价值。
在过去几十年中，碳纳米管引起了广泛的关注和研究。
由于其高强度、高导电性和高导热性等优异性能，碳纳米管在材料科学、纳米科技、电子学等领域具有广泛的应用前景。
同时，碳纳米管还具有独特的光学性质和化学反应活性，使其在光电子学和催化剂等领域显示出巨大的潜力。
本文将重点介绍碳纳米管作为一维狄拉克材料的相关内容。
所谓狄拉克材料指的是具有狄拉克费米子（Dirac Fermions）特性的材料。
狄拉克费米子是一种具有质量零点能态的粒子，其行为类似于相对论中的狄拉克粒子。
碳纳米管的特殊结构和电子结构使其具备了类似狄拉克费米子的行为，因此被认为是一维狄拉克材料的代表。
文章的内容将包括碳纳米管的基本概念、制备方法和物理性质等方面。
同时，还将探讨碳纳米管作为一维狄拉克材料的意义，以及在科学研究和应用领域的前景。
此外，本文还将涉及碳纳米管研究所面临的挑战以及未来的发展方向。
通过对碳纳米管一维狄拉克材料的深入研究，我们可以更好地理解其独特的电子行为和物理性质，并且为其在纳米电子学、能源存储、生物传感等领域的应用提供基础。
同时，对于研究者而言，也能够促进对一维狄拉克材料的认识和理解，为材料科学的发展做出贡献。
尽管碳纳米管研究面临一些挑战和困难，但相信在不久的将来，通过持续的努力和研究，碳纳米管作为一维狄拉克材料的应用前景将会得到进一步的拓展和发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文按照以下结构进行撰写和组织。
第一部分为引言，旨在介绍碳纳米管一维狄拉克材料的研究背景、意义和目的。
引言分为三个小节，分别是概述、文章结构和目的。
碳纳米管综述
碳纳米管综述摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。
同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。
引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。
正文：碳纳米管的制备：碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。
电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。
研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。
C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。
电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。
催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。
该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。
纳米碳材料
根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形 构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一 种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人 们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、 美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了 一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维 、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和 化学特性，被广泛地应用于诸多领域。
原料气在催化剂表面裂解生成碳纳米管。 当催化剂在移动床上的停留时间达到设定 值时，催化剂连同在其上生成的碳纳米管 从移动床上脱出进入收集器，反应尾气通 过排气口排出。 采用移动床催化裂解 反应器可实现设计尺寸碳纳米管的连续制 造，可望大幅度降低生产成本，为碳纳米 管的工业应用提供保证。
七.碳纳米管的应用研究：
六.碳纳米管的批量制备:
碳纳米管要实现工业应用，首先必须解决碳纳米管 的低成本大量制备问题。碳纳米管自1991年被发现 以来，其制备工艺得到了广泛研究。目前，有三种 主要的制备方法，即电弧放电法、激光烧蚀法和固 定床催化裂解法。电弧放电法和激光烧蚀法制得的 产物中，碳纳米管均与其他形态的碳产物共存，分 离纯化困难，收率较低，且难以规模化。第三种固 定床催化裂解法由天然气制备碳纳米管具有工艺简 便、成本低、纳米管规模易控制、长度大、收率较 高等优点，有重要的研究价值，但该方法中催化剂 只能以薄层的形式展开，才会有好的效果，否则催 化剂的利用率就低，因而产量难以提高
4)石墨电弧法
石墨电弧法是用石墨电极在 一定气氛中放电，从阴极沉 积物中收集碳纳米材料的方 法。
（5）化学气相沉积法 化学气相沉积法是制备 碳材料所广泛使用的方法，它又可分为有催化化 学气相沉积和无催化化学气相沉积。把含有碳源 的气体(或蒸气)流经催化剂表面时进行催化分解。 乙烯、乙炔、苯乙烯、苯、甲苯、甲烷等通常用 作碳源，这些一般都是化学性质比较活泼的含有 不饱和化学键的化合物；过渡金属、稀有金属或 金属氧化物常常用作催化剂；氩气、氮气或氢气 等通常用作载气。无催化气相沉积则不用任何催 化剂，直接在保护气氛下热分解气相含碳有机物 。
碳纳米材料的应用
碳纳米材料的应用碳纳米材料是一种新型的材料，具有独特的物理、化学和结构特性，因此在许多领域都有着广泛的应用前景。
在能源领域，碳纳米材料可以用于制备高效的储能材料和催化剂；在材料科学领域，碳纳米材料可以用于制备高强度、高导电性的复合材料；在生物医学领域，碳纳米材料可以用于制备生物传感器和药物载体等。
首先，碳纳米材料在能源领域有着重要的应用。
碳纳米材料具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，这使得它们成为理想的储能材料。
例如，碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，其高导电性和良好的化学稳定性能够大大提高电池的循环寿命和充放电性能。
此外，碳纳米材料还可以作为催化剂，用于提高能源转换和储存的效率，例如在燃料电池和水电解中的应用。
其次，碳纳米材料在材料科学领域也有着广泛的应用。
由于碳纳米材料具有优异的力学性能和导电性能，它们可以被用来制备高强度、高导电性的复合材料。
例如，将碳纳米管或石墨烯等碳纳米材料添加到聚合物基体中，可以显著提高复合材料的力学性能和导电性能，从而拓展了复合材料的应用领域，如航空航天、汽车制造等。
此外，碳纳米材料在生物医学领域的应用也备受关注。
碳纳米材料可以用于制备生物传感器，用于检测生物分子的浓度和活性，具有高灵敏度和快速响应的特点。
同时，碳纳米材料还可以作为药物的载体，用于提高药物的生物利用度和靶向性，从而减少药物的副作用和毒性，为临床治疗提供更多的选择。
综上所述，碳纳米材料具有广泛的应用前景，在能源、材料科学和生物医学等领域都有着重要的应用价值。
随着碳纳米材料研究的不断深入，相信它们将会在更多的领域展现出其独特的优势，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
碳纳米管制备方法综述
凝聚相电解生成法
此法是最近出现的一种电化学合成碳 纳米管的方法。该方法采用石墨电极(电解 槽为阳极)，在约600℃的温度及空气或氢 气等保护性气氛中。以一定的电压和电流 电解熔融的卤化碱盐(如LiCI)，电解生成 了形式多样的碳纳米材料。包括包裹或未 包裹的碳纳米管和碳纳米颗粒等。通过改 变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材 料的形式。
化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition。简称CVD)。基本原理为含 碳气体流经催化剂表面时分解。沉积生 成纳米碳管。这种方法具有制备条件可 控、容易批量生产等优点。自发现以来 受到极大关注，成为纳米碳管的主要合 成方法之一。常用的碳源气体有CH4、 C2H 、C2H 、C6H 和CO等。最早用25％ 铁，石墨颗粒作为催化剂。常压下700℃ 时9％ 乙炔，氮气制得纳米碳管。
碳纳米材料
主讲：星空大神~ PPT制作：李淳坤
纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而作 为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有 的潜在优越性，在化学、物理学及材料学领域 具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科 研人员争相关注的焦点。
近年来发展建立起来的 碳纳米材料制备方法也多种 多样，可大致归为以下几种： 石墨电弧法、化学气相沉积 法、激光蒸发法、热解聚合 物法、火焰法、离子辐射法、 电解法、原位合成法、模板 法等。
碳纳米材料的制备方法
石墨电弧法 激光蒸发法
催化裂解法
化学气相沉积法 模板法 水热法 凝聚相电解生成法
石墨பைடு நூலகம்弧法
石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工 艺方法。后经过优化工艺，每次可制得克量级 的纳米碳管。此法是在真空反应室中充惰性气 体或氢气。采用较粗大的石墨棒为阴极，细石 墨棒为阳极，在电弧放电的过程中阳极石墨棒 不断的被消耗。同时在石墨阴极上沉积出含有 纳米碳管的产物。采用此法合成纳米碳管时。 工艺参数的改变如更换阴极材料或改变惰性气 体都将大大影响纳米碳管的产率。除此之外。 改变在阳极组成或直径、或在石墨极中添加 Y2O3等也有很好的效果。
碳纳米材料简介
碳纳米材料简介第一章碳纳米材料简介碳元素碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布非常广泛的元素，也是目前最重要、最使人着迷的元素之一。
尽管它在地壳中含量仅为0.027%，但是对一切生物体而言，它是最重要且含量最多的元素，人体中碳元素约占总质量的18%。
碳元素是元素周期表中ⅣA族中最轻的元素。
它存在三种同位素：12C、13C、14C。
碳单质有多重同素异形体，他是迄今为止人类发现的唯一一种可以从零围到三维都稳定存在的物质。
如零维的富勒烯（fullerenes），一维的碳纳米管（carbon nanotubes），二维的石墨烯（graphene），三维的金刚石（diamond）和石墨（graphite）等。
碳纳米材料富勒烯富勒烯是指完全由碳原子组成的具有空心球状或管状结构的分子。
1985年，Kroto，Smalley和Curl在美国莱斯大学发现了第一个富勒烯分子——C60。
这一发现使得他们赢得了1996年的诺贝尔化学奖。
C60由60个原子组成，包含20个六元环和12个五元环。
这些环平面堆积在一起的方式和足球的表面结构一样，因此也也被称为足球烯。
从那以后，不同分子质量和尺寸的富勒烯纷纷被制备出来。
C60的发现和研究开启了对碳元素和碳纳米材料广泛、深入研究的新时代，对纳米材料科学和技术的发展起到了极大的推动作用。
由于其独特的结构，富勒烯同时具有芳香化合物和缺电子烯烃的性质，表现出很多优良的物理和化学性质（表1-1）表1-1 C60的一些基本物理和化学性质形态密度电阻率相变温度溶解性化学特性范德华直径毒性黑色固体 1.65g/cm3 4.5*103Ω·cm 800℃升华可溶于常见有机溶剂具有芳香性、多烯特性及优良的电化学特性 1.1nm 无毒碳纳米管碳纳米管（carbon nanotubes）是由碳原子形成的管状结构分子，包括单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes,SWNTs）和多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWNTs）。
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碳纳米材料综述
课程：纳米材料
日期：2015 年12 月
碳纳米材料综述
摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯
1．前言
从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域[1]。
碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等，是纳米科学技术中不可或缺的材料，从1985年富勒烯(Fullerene) 的出现到1991年碳纳米管(carbon nanotube，CNTs) 的发现，碳纳米材料所具有的独特物理和化学性质引起了国内外研究人员广泛而深入的研究，二十年来取得了很多的成果。
2004 年Geim 研究组的报道使得石墨烯( Graphene)成为碳纳米材料新一轮的研究热点，其出现充实了碳纳米材料家族，石墨烯具有由碳原子组成的单层蜂巢状二维结构，由于它只有一个原子的厚度，可以将其视为形成其它各种维度的石墨相关结构碳材料的基本建筑块，石墨烯既可翘曲形成零维的富勒烯及卷曲形成一维的碳纳米管，亦可面对面堆积形成石墨，由于石墨烯具有优异的电学、导热和机械性能及较大的比表面积，因而在储氢材料、超级电容器、高效催化剂及纳米生物传感等方面有着广泛的应用[2]。
2．常见的碳纳米材料
长期以来，人们只知道碳的同素异形体有三种：金刚石、石墨和无定形碳。
自从1985年发现了零维碳纳米材料——富勒烯C60，1991年、1992年又相继发现了一维碳纳米材料碳纳米管和另外一种零维碳纳米材料洋葱碳。
自此，碳有了第四种同素异形体，同时也开启了低维碳纳米材料研究的序幕。
1999年，韩国科学家制备出了具有纳米级孔道结构的有序介孔碳纳米结构材料。
2004年，英国曼彻斯特大学的科学家得到了单层、二维的碳原子晶体——石墨烯，又引起了碳材料研究的另一次热潮。
这些新型碳材料的陆续发现在给科学界带来了一个又一个的惊喜的同时，其奇特的结构、良好的物理和化学稳定性、特殊的电子性质、表面性质、吸附特性、限域效应等也引起了科研工作者的广泛关注，并取得了一系列令人振奋的研究成果[3]
2.1零维碳纳米材料
碳纳米材料按其空间维度受纳米尺度的约束程度可以分为三类:零维，一维和二维碳纳米材料。
零维碳纳米材料指的是三个维度均在纳米范围的碳材料，富勒烯、洋葱碳、碳包覆纳米金属颗粒以及纳米金刚石等是其中的典型代表。
2.1.1富勒烯(fullerene)
富勒烯C60是1985年英国波谱学家Kroto以及美国的Curl和Smally在研究石墨气化产物时发现的稳定的碳原子簇分子。
结构研究表明,C60是一个由12个五元环和20个六元环组成的外形酷似足球的32面体，其直径大约为0.7nm。
富勒烯的制备方法主要有：石墨激光气化法、石墨电弧放电法、太阳能加热石墨法、石墨高频电炉加热蒸发法、苯火焰燃烧法、有机合成法等，目前主要还是通过石墨电弧法来获得富勒烯[4]。
C60一经发现，化学家们就开始探索它们应用于催化剂的可能性。
目前，富勒烯及其衍生物在催化材料领域的研究主要包括以下三方面：(1)富勒烯直接作为催化剂；(2)富勒烯及其衍生物作为均相催化剂使用；(3)富勒烯及其衍生物在多相催化剂中的应用。
由于富勒烯具有缺电子烯烃的性质，具有一定的亲电性，可以稳定自由基，使之吸附在富勒烯的表面，因此能够促进强化学键的断裂与生成。
Hirschon等和Muradov研究了富勒烯在甲烷裂解制高碳烃和氢的反应中的活性和选择性。
他们发现与活性炭和炭黑相比，以甲苯抽提含有12 %C60的烟灰具有更高的甲烷转化率和低碳烯烃的选择性，反应温度低于其他碳材料。
2.1.2 洋葱碳和碳包覆金属纳米颗粒
1992年Ugarte等用高强度电子束对碳棒长时间照射，发现了多层相套的巴基球，结构像洋葱，也被称为洋葱碳(onion-like carbon)。
截至目前，制备洋葱碳的方法只有电子束辐照法、直流电弧法、催化热解法以及等离子体法等少数几种。
碳包覆纳米金属颗粒(carbon-encapsulated metalnanoparticles ,CEMNPs)是一种新型的零维纳米碳-金属复合材料。
其结构特征是:有序排列的石墨片层紧密环绕中心金属纳米颗粒，形成类洋葱结构。
由于碳壳的限域和保护作用，可以将金属粒子禁锢在很小的空间内，并使包覆其中的金属纳米粒子免受外界环境的影响而稳定存在。
这种新型的零维碳-金属纳米材料具有奇特的光电磁性质，在医疗、磁记录材料、电磁屏蔽材料、锂电池电极材料和催化材料等领域具有十分广泛的应用前景。
其制备方法主要有电弧放电法、化学气相沉积法、热解法和液相浸渍法等。
Hu 等报道了一种磁可分的Pt催化剂的制备方法。
通过非破坏性的自由基加成法将碳包覆镍颗粒表面修饰上大量的羧基，经过Pt盐的浸渍-还原后得到高。