CN101210355B - 一种制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维，具体地说是填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的制备方法。本发明公开了一种制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法。本发明采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、噻吩为助催化剂，通过化学气相沉积法，在较低温度下制备出填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维。本发明的方法和工艺简单，容易控制，成本低，产量及纯度高，便于工业化生产，制备的填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维，直径均匀，石墨化程度高，在气体吸附、反应催化、结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法
技术领域
本发明涉及填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维，具体地说是一种制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法。
背景技术
纳米碳纤维是由石墨层按一定方向堆积排列而成的一种直径小于100纳米的纤维，纳米碳纤维发现于20世纪70年代，石墨层的排列方向可以与纤维的轴线平行、垂直或成一定的角度，当石墨层的排列方向与纳米碳纤维的轴线成一定角度时被称为鱼骨状纳米碳纤维，鱼骨状纳米碳纤维特有的鱼骨状结构使其在气体吸附应用方面具有诱人的潜在价值，内部填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维除了在气体吸附方面的优势外，在反应催化方面也具有非常大的潜在应用前景。填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维作为一种功能型碳纤维，可以通过低分子烃的气相催化热解生长而制得，具有一般碳纤维的耐热性、化学稳定性、电热传导性、热膨胀性低、耐摩擦、磨损低、密度低、生体亲和性好等优异性能，而其特殊的鱼骨状结构则赋予了材料良好的吸附性能，内部填充的纳米金属粒子赋予材料优异的磁性能，纳米金属本身又是良好的催化剂材料，有望作为新型的气体吸附材料、电磁波吸收剂、微敏感能量吸收剂、隐身材料等，在气体吸附、反应催化、结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。
目前关于鱼骨状纳米碳纤维的制备国内外报道的方法主要是化学气相沉积法(CVD)，该法以低碳烃化合物为碳源，纳米Fe、Co、Ni、Cu及其纳米合金粒子或以泡沫镍为催化剂，制备鱼骨状纳米碳纤维，上述纳米催化剂的制备工艺非常复杂，而且粒径难于控制，一般通过把Fe、Co、Ni、Cu等金属的盐溶液吸附在超细二氧化硅等粒子的表面，再通过氢气还原制备出附着于超细二氧化硅等粒子表面的纳米金属催化剂，这些超细二氧化硅粒子会混杂在纳米碳纤维当中，很难清除干净。一般认为纳米碳纤维的直径与催化剂颗粒直径相等，人们总是想办法得到粒径较小的催化剂，而小直径催化剂的制备难度大、价格昂贵，其应用受到一定的限制，而且制备的鱼骨状纳米碳纤维只是在顶端有纳米金属，目前还没有关于内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的是公开一种工艺简单、产量高、低成本制备新型内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的新方法，以满足有关领域发展的需要。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、噻吩为助催化剂，通过化学气相沉积法，在750℃～800℃温度下反应，制备出内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维；其中：稀释气体氮气或氩气与乙炔流量之比为5～6：1，氢气与乙炔流量之比为5～7：1，噻吩助催化剂的流量为0.05～0.06ml/min，内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的纤维直径和长度主要通过调节流量、温度等工艺参数得到控制。
所述及的镍板催化剂的厚度为0.1～2mm，是商业镍板，无需繁琐制备，镍板催化剂在反应前要进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后使用；
所述及的镍板催化剂可以重复使用，上次反应剩余的镍板催化剂用500号细砂纸进行打磨后，在稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后重复使用；
所述及的镍板催化剂水平放置在石墨板上。
本发明提供的方法简单容易操作，产品纯度高，单位产量高，利于大批量生成。在气体吸附、反应催化、结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的扫描电镜照片。
图2为实施例2制备的内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1
反应前将厚度为1mm、长宽分别为200mm和25mm的镍板催化剂进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5小时，干燥后放在管式炉的恒温区，镍板催化剂水平放置在石墨板上；对反应系统抽真空，用氮气置换三次，通入氮气，氮气的流量为250ml/min，在氮气气氛下升温到750℃，通入乙炔的同时以氢气为载气加入噻吩助催化剂，噻吩助催化剂的流量为0.05ml/min，稀释气体氮气与乙炔流量之比为5：1(其中：乙炔为50ml/min，氮气为250ml/min)，氢气与乙炔流量之比为6：1(其中：乙炔为50ml/min，氢气为300ml/min)，反应恒温时间为60min，进行催化裂解反应；反应结束后在氮气气氛下自然冷却到室温，可获得2.6543g的内部均匀填充纳米金属镍的鱼骨状纳米碳纤维(参见图1)。
实施例2
反应前将厚度为1.5mm、长宽分别为200mm和25mm的镍板催化剂进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀硫酸中浸泡6小时，干燥后放在管式炉的恒温区，镍板催化剂水平放置在石墨板上；对反应系统抽真空，用氩气置换三次，通入氩气，氩气的流量为360ml/min，在氩气气氛下升温到800℃，通入乙炔的同时以氢气为载气加入噻吩助催化剂，噻吩助催化剂的流量为0.06ml/min，稀释气体氩气与乙炔流量之比为6：1(其中：乙炔为60ml/min，氩气为360ml/min)，氢气与乙炔流量之比为7：1(其中：乙炔为60ml/min，氢气为420ml/min)，反应恒温时间为90min，进行催化裂解反应，反应结束后在氩气气氛下自然冷却到室温，可获得3.6483g的内部均匀填充纳米金属镍的鱼骨状纳米碳纤维(参见图2)。

Claims (4)

1.一种制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法，其特征在于：采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、噻吩为助催化剂，通过化学气相沉积法，在750℃～800℃温度下反应，制备出内部均匀填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维；其中：稀释气体氮气或氩气与乙炔流量之比为5～6∶1，氢气与乙炔流量之比为5～7∶1，噻吩助催化剂的流量为0.05～0.06ml/min。
2.如权利要求1所述制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法，其特征在于：所述催化剂镍板的厚度为0.1～2mm，镍板催化剂在反应前要进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后使用。
3.如权利要求1所述制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法，其特征在于：所述镍板催化剂可以重复使用，上次反应剩余的镍板催化剂用500号细砂纸进行打磨后，在稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后重复使用。
4.如权利要求1所述制备填充纳米金属的鱼骨状纳米碳纤维的方法，其特征在于：所述镍板催化剂水平放置在石墨板上。
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