生产单壁碳纳米管催化剂研究进展
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Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｄｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ＣＯ，ＣＨ４ ａ ｎ ｄ Ｃ２ Ｈ４ ａ ｎ ｄ ｅ ｔ ｃ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ・ — ｗａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎａ ｎ ｏ ｂ ｕ ｂ ｅ ｓ ａ ｎｄ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏｒ ｆ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ— —ｓ ｃ ｌｅ ａ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｓ ｔ ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ・ ・
Ｌ Ｉ Ｕ Ｙａ ｎ． ＺＨＡＮＧ Ｗｅ ｎ—ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｎ ｏ ｎ ｆ ｅ ！ Ｉ Ｔ Ｏ Ｌ Ｉ Ｓ Ｍｅ ｔ ｌ ａ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ．Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ １ ６．Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
碳 纳米 管 。１ ９ ９ ６年 Ｓ・ Ｘ・ Ｔ ｏ ｈ ｊ ｉ 在实 验室 借 助 于催
现今已经有许 多方法生产 Ｓ ＷＮ Ｔ ， 特别 是在实
验 室如 石 墨 电弧 激 光蒸发 化学 气相 沉积 等 。其 中乙
化剂热解含碳气体制 出质量分数 为 ９ ０ ％的单壁碳 纳米管 （ 简写为 Ｓ ＷＮ Ｔ） ， 同 时 制 出 多 壁 纳 米 碳 管 （ 简写 为 ＭＷＮ Ｔ ） 。 有人认为多壁碳纳米管可以是由不同直径的单
ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｉ ｒ ｅ ｌ ｆ ｙ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ—ｗ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ；ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ；ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ Ｍ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
等， 第二种活性金属选 自Ｖ １ １ Ｂ族金属如 Ｒ ｅ 。 经过 多 年 的 研 究 ， 目前 生 产 单 壁 碳 纳 米 管 以
Ｃ ｏ Ｍ ｏ ／ Ｓ ｉ Ｏ２ 、 Ｎ ｉ Ｍｏ ／ Ａ １ ２ Ｏ ３ 和Ｆ ｅ Ｍｏ ／ Ａ １ ２ ０ ３ 二元金 属 催 化 剂 为主 。而 通 用 电气公 司选 择 了 Ｆ ｅ Ｎ ｉ Ｍ ｏ Ｃ ｒ ／ ｓ ｉ Ｏ 四元金 属 催 化 剂 和 Ｆ ｅ Ｃ ｏ ｚ ｎ Ａ ｌ Ｙ ／ Ｓ ｉ Ｏ ：五 ・Ｅ ・Ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｙ在 实 验 室 制 出 高 纯
也 日趋 广 阔 ， 对 Ｓ ＷＮ Ｔ的 研 究 与考 量 越 来 越 多 ， 参 与 的人 员也 迅速 增 多 。未 来将 如何 发展 引起人 们 的 极 大关 注 。
ｃ ∞ ， 并命名为富勒烯。１ ９ ９ １ 年 Ｓ・ Ｌ ｉ ｊ ｉ ｍ ａ 等发 明了
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ６ ２ ４ ． ９ 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ６— ２ ６ ０ ２ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ０ １ １— ０ ５
ＴＨＥ ＲＥＳ Ｅ ＡＲＣＨ Ｐ ＲＯＧＲＥＳ Ｓ ＯＦ Ｓ Ｉ ＮＧＬＥ —Ｗ ＡＬ ＬＥＤ ＣＡＲＢｏＮ ＮＡＮｏＴＵＢＥ ＣＡＴ ＡＬＹＳ Ｔ ＰＲｏＤＵＣＴＩ ｏＮ
子兼有“ 桥” 存在 ， 其性能多方面不均一 ， 存在许多缺 陷 。Ｓ ＷＮ Ｔ被视 为未 来 纳米 电子 学 最有 希 望 的新 材
料 。它作 为一维 纳米 材料 具 有许 多人 们 意想 不 到 的
电学、 力学和化学特性 ， 其应用领域将不断扩大。
Ｓ ＷＮ Ｔ用 于场 发射 电子 云 、 纳米 场 效应 晶体 管 、 储氢 材料 和高 强度 纤维 等 。近年来 有 人采 用各 种方 法选 择处 理 ， 如 化学 刻蚀 ， 处 理后单 壁 碳纳米 管 可用 作 导 电膜 、 晶体 管 、 导线 、 电极 材料 ， 纳米 电子 机 械设
壁碳 纳米 管套装 组成 ， 与Ｓ ＷＮ Ｔ 比较 ， ＭＷＮ Ｔ的碳原
烯一 氢解法是最受关注 的， 该法是借助于催化剂用
乙烯氢 解 生产 Ｓ ＷＮ Ｔ 。 目前含 碳 气 体氢 解所 用 的催
化剂一 二元 金 属催 化剂 的研究 尤其 引人 瞩 目。
２ 生成或生产单壁碳 纳米管的催化 剂
２ ０ ０ ０年许多科学家探索 了生成单壁碳纳米管
的催化 剂 ， 主要 研究 了二 元 金 属 催 化剂 和三 元 金 属 催化剂 ， 在 二元 金属 催化 剂 中 ， 第 一种 活性金 属选 自 Ｖ１ １ １ 族金属， 其 中有 ｃ ｏ 、 Ｎ ｉ 、 Ｆ ｅ 、 Ｒ ｕ 、 Ｒ ｈ 、 Ｐ ｄ和 Ｐ ｔ
要： 简要评述 了化学气相淀积法和催化裂解一 氧化 碳 、 甲烷和 乙烯等 气体生 产单壁 碳纳米 管用催化 剂 以及 大
规模廉价生产碳纳米 管的工艺研究 进展。 关键词 ： 单壁碳纳米管 ； 催 化剂 ； 化学气相沉积
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ３ ８ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｍ ｉ ． １ ０ ０ ６— ２ ６ ０ ２ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． ０ ０ ３
第３ ８卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
中
国
钼
业
Ｖｏ １ ． ３ ８ Ｎｏ ． １
ＣＨＩ ＮＡ Ｍ０Ｌ ＹＢＤＥＮＵＭ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ４
生产 单 壁 碳 纳 米 管 催 化 剂 研 究 进 展
刘 燕。 张文钲
７ １ ０ ０ １ ６ ） （ 西北有 色金属研究院 ， 陕西 西安 摘
Ｌ Ｉ Ｕ Ｙａ ｎ． ＺＨＡＮＧ Ｗｅ ｎ—ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｎ ｏ ｎ ｆ ｅ ！ Ｉ Ｔ Ｏ Ｌ Ｉ Ｓ Ｍｅ ｔ ｌ ａ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ．Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ １ ６．Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
碳 纳米 管 。１ ９ ９ ６年 Ｓ・ Ｘ・ Ｔ ｏ ｈ ｊ ｉ 在实 验室 借 助 于催
现今已经有许 多方法生产 Ｓ ＷＮ Ｔ ， 特别 是在实
验 室如 石 墨 电弧 激 光蒸发 化学 气相 沉积 等 。其 中乙
化剂热解含碳气体制 出质量分数 为 ９ ０ ％的单壁碳 纳米管 （ 简写为 Ｓ ＷＮ Ｔ） ， 同 时 制 出 多 壁 纳 米 碳 管 （ 简写 为 ＭＷＮ Ｔ ） 。 有人认为多壁碳纳米管可以是由不同直径的单
ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｉ ｒ ｅ ｌ ｆ ｙ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ—ｗ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ；ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ；ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ Ｍ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
等， 第二种活性金属选 自Ｖ １ １ Ｂ族金属如 Ｒ ｅ 。 经过 多 年 的 研 究 ， 目前 生 产 单 壁 碳 纳 米 管 以
Ｃ ｏ Ｍ ｏ ／ Ｓ ｉ Ｏ２ 、 Ｎ ｉ Ｍｏ ／ Ａ １ ２ Ｏ ３ 和Ｆ ｅ Ｍｏ ／ Ａ １ ２ ０ ３ 二元金 属 催 化 剂 为主 。而 通 用 电气公 司选 择 了 Ｆ ｅ Ｎ ｉ Ｍ ｏ Ｃ ｒ ／ ｓ ｉ Ｏ 四元金 属 催 化 剂 和 Ｆ ｅ Ｃ ｏ ｚ ｎ Ａ ｌ Ｙ ／ Ｓ ｉ Ｏ ：五 ・Ｅ ・Ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｙ在 实 验 室 制 出 高 纯
也 日趋 广 阔 ， 对 Ｓ ＷＮ Ｔ的 研 究 与考 量 越 来 越 多 ， 参 与 的人 员也 迅速 增 多 。未 来将 如何 发展 引起人 们 的 极 大关 注 。
ｃ ∞ ， 并命名为富勒烯。１ ９ ９ １ 年 Ｓ・ Ｌ ｉ ｊ ｉ ｍ ａ 等发 明了
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ６ ２ ４ ． ９ 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ６— ２ ６ ０ ２ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ０ １ １— ０ ５
ＴＨＥ ＲＥＳ Ｅ ＡＲＣＨ Ｐ ＲＯＧＲＥＳ Ｓ ＯＦ Ｓ Ｉ ＮＧＬＥ —Ｗ ＡＬ ＬＥＤ ＣＡＲＢｏＮ ＮＡＮｏＴＵＢＥ ＣＡＴ ＡＬＹＳ Ｔ ＰＲｏＤＵＣＴＩ ｏＮ
子兼有“ 桥” 存在 ， 其性能多方面不均一 ， 存在许多缺 陷 。Ｓ ＷＮ Ｔ被视 为未 来 纳米 电子 学 最有 希 望 的新 材
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电学、 力学和化学特性 ， 其应用领域将不断扩大。
Ｓ ＷＮ Ｔ用 于场 发射 电子 云 、 纳米 场 效应 晶体 管 、 储氢 材料 和高 强度 纤维 等 。近年来 有 人采 用各 种方 法选 择处 理 ， 如 化学 刻蚀 ， 处 理后单 壁 碳纳米 管 可用 作 导 电膜 、 晶体 管 、 导线 、 电极 材料 ， 纳米 电子 机 械设
壁碳 纳米 管套装 组成 ， 与Ｓ ＷＮ Ｔ 比较 ， ＭＷＮ Ｔ的碳原
烯一 氢解法是最受关注 的， 该法是借助于催化剂用
乙烯氢 解 生产 Ｓ ＷＮ Ｔ 。 目前含 碳 气 体氢 解所 用 的催
化剂一 二元 金 属催 化剂 的研究 尤其 引人 瞩 目。
２ 生成或生产单壁碳 纳米管的催化 剂
２ ０ ０ ０年许多科学家探索 了生成单壁碳纳米管
的催化 剂 ， 主要 研究 了二 元 金 属 催 化剂 和三 元 金 属 催化剂 ， 在 二元 金属 催化 剂 中 ， 第 一种 活性金 属选 自 Ｖ１ １ １ 族金属， 其 中有 ｃ ｏ 、 Ｎ ｉ 、 Ｆ ｅ 、 Ｒ ｕ 、 Ｒ ｈ 、 Ｐ ｄ和 Ｐ ｔ
要： 简要评述 了化学气相淀积法和催化裂解一 氧化 碳 、 甲烷和 乙烯等 气体生 产单壁 碳纳米 管用催化 剂 以及 大
规模廉价生产碳纳米 管的工艺研究 进展。 关键词 ： 单壁碳纳米管 ； 催 化剂 ； 化学气相沉积
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ３ ８ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｍ ｉ ． １ ０ ０ ６— ２ ６ ０ ２ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． ０ ０ ３
第３ ８卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
中
国
钼
业
Ｖｏ １ ． ３ ８ Ｎｏ ． １
ＣＨＩ ＮＡ Ｍ０Ｌ ＹＢＤＥＮＵＭ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ４
生产 单 壁 碳 纳 米 管 催 化 剂 研 究 进 展
刘 燕。 张文钲
７ １ ０ ０ １ ６ ） （ 西北有 色金属研究院 ， 陕西 西安 摘