液相注入化学气相催化反应合成螺旋型碳纳米管

摘要

采用液相注入化学催化反应,以二甲苯为碳源和二茂铁为催化剂,加以注入乙二胺,在氩气流中和850 ℃合成温度下在石英基片上可控合成出卷取和螺旋型竹节状结构的碳纳米管及阵列.本过程与文献报导的合成螺旋形碳管的方法相比具有合成方法简单,为液相注入法,无需羰基铁等剧毒催化剂,催化反应在氩气中发生和相对较低的合成温度等优点.由于反应中乙二胺的引入,获得的螺旋碳管具有独特的竹节状结构,这不同于以往观察到的螺旋碳管结构.合成研究发现螺旋状碳管的形成与碳氢源结构和组成密切相关,在等同的合成条件下,当采用甲苯和乙醇为碳源替代二甲苯,产物虽也为竹节状碳管,但没有观察到卷曲和螺旋型碳管形成.分析讨论认为二甲苯的化学结构及组成特征使其在催化裂解生长碳管过程中不仅能提供碳六环生长碳管,同时提供形成碳五元环和七元环的原子,从而导致形成螺旋状碳管结构.