洋葱状富勒烯的CVD制备方法

摘要

本发明公开了一种洋葱状富勒烯的CVD制备方法，该方法是将石英管水平放置在高温扩散炉中，把放有催化剂及Y－型沸石载体的石英舟推入石英管中央，待高温扩散炉加热到500℃～1300℃的温度后，通入比例为1∶5～1∶10的碳氢化合物与Ar惰性载气的混合气，在活化的催化剂表面发生碳氢化合物的分解、扩散和析出，完成洋葱状富勒烯的生长。本法中选用Y－型沸石载体作为Co催化剂载体，不仅合成了宏量级的洋葱状富勒烯，而且不含无定型态的炭黑，既提高了其产率又减化了提纯程序，不仅比电弧放电法成本低、过程易于控制，而且分离提纯容易，提纯可达98％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种富勒烯的制备方法，具体的是一种洋葱状富勒烯的CVD制备方法。

背景技术

洋葱状富勒烯同碳纳米管一样也是富勒烯家族中的一员，由于其独特的结构及性能，可望用作光电子材料、超导材料、催化剂以及医药行业等。有效的制备方法是深入研究洋葱状富勒烯性质和应用的关键。目前，富勒烯的制备方法主要是电弧放电法和激光蒸发法等。激光法是用脉冲激光技术蒸发石墨，碳蒸气的快速冷却导致了富勒烯的形成，但用此方法无法收集到常量的样品。电弧法是传统的生产富勒烯的方法，其基本原理是：当强电流使两个碳电极间形成电弧时，电弧放电使碳棒气化形成等离子体，惰性气氛下，小碳分子经过多次碰撞形成稳定的富勒烯分子。但电弧放电法设备复杂，它的装置涉及大电流发生器、电弧室、真空系统和水冷系统。因此影响富勒烯产率的因素太多，除了催化剂和气体种类外，反应还受到如电极材料、几何形状、极间距、压力及电流大小等诸多参数的影响；且制得的产物中，洋葱状富勒烯与碳纳米管及无定型态的碳产物共存，分离纯化困难，收率较低。

发明内容

介于上述方法中存在的问题，我们试图提供一种洋葱状富勒烯的CVD制备方法，目的是解决激光蒸发法难以收集到常量样品，电弧放电法制备富勒烯方法涉及到的因素太多，工艺复杂而难以控制的问题。

用于洋葱状富勒烯制备的化学气相沉积(CVD)方法是：将石英管水平放置在高温扩散炉中，把放有催化剂及Y-型沸石载体的石英舟推入石英管中央，待电阻炉加热到500℃～1300℃的温度后，通入比例为1∶5～1∶10的碳氢化合物与Ar惰性载气的混合气，在活化的催化剂表面发生碳氢化合物的分解、扩散和析出，完成洋葱状富勒烯的生长。

其中：所述的催化剂是由乙酸钴、乙酸镍分解形成的催化剂；所述的碳氢化合物是C₂H₂、C₂H₄和C₃H₆。

洋葱状富勒烯的CVD制备方法依次按下列步骤进行：

第一步，用浸渍法制备催化剂样品：配置乙酸钴水溶液，然后于此溶液中加入Y-型沸石均匀搅拌24小时后在60℃烘干；

第二步，把烘干后的部分样品放入高温扩散炉内在450℃，于大气中焙烧4.5小时。其目的是为了进一步去除残留水份和分解乙酸钴为氧化钴，使浸渍法制备的催化剂样品中钴含量为2.5％；

第三步，密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的乙炔与氩气的混合气，进行反应15～30分钟；

第四步，切断气源，在氩气氛下，冷却至室温。

本发明的优点与积极效果是该方法与现有技术激光蒸发法和电弧放电法相比，不仅可以收集到常量样品，而且生成洋葱状富勒烯的所有影响参数仅为含碳气源、催化剂、催化剂载体种类、炉温和气体流量比。前四项在反应前就可确定，反应中只需控制气体流量比就可实现对整个过程的人为控制。我们选用Y-型分子筛作为Co催化剂载体，不仅合成了宏量级的洋葱状富勒烯，而且还发现用此种CVD方法生成的洋葱状富勒烯产物中并不含无定型态的炭黑，既提高了其产率又减化了提纯程序，并为其形成机制、性能及应用等方面的研究提供了条件。此方法制备洋葱状富勒烯，不仅比电弧放电法成本低、过程易于控制，而且制得的产物分离提纯容易。图2为提纯后的洋葱状富勒烯，纯度可达98％。

附图说明

图1是本发明10万倍的钴催化剂作用下的TEM洋葱状富勒烯图

图2是本发明50万倍的钴催化剂作用下的TEM洋葱状富勒烯图

具体实施方式

将石英管水平放置在电阻炉中，把放有催化剂及载体的石英舟推入石英管中央，待高温扩散炉加热到500℃～1300℃的温度后，通入比例为1∶5～1∶10的碳氢化合物与Ar惰性载气的混合气，在活化的催化剂表面发生碳氢化合物的分解、扩散和析出，完成洋葱状富勒烯的生长。

实施例1

洋葱状富勒烯制备的方法步骤如下：

1.用1克乙酸钴与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min乙炔与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml/min氩气氛下，冷却至室温。

实施例2

将石英管放置在电阻炉中，再把放有催化剂及载体的石英舟推入石英管中央，待高温扩散炉加热升温后，通入碳氢化合物与载气，在活化的催化剂表面发生碳氢化合物的分解、扩散和析出，完成洋葱状富勒烯的生长。1.用1克乙酸镍与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min乙炔与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml/min氩气氛下，冷却至室温。

实施例3

1.用1克乙酸钴与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min乙烯与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml氩气氛下，冷却至室温。

实施例4

1.用1克乙酸镍与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min乙烯与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml氩气氛下，冷却至室温。

实施例5

1.用1克乙酸钴与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min丙烷与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml氩气氛下，冷却至室温。

实施例6

1.用1克乙酸镍与60ml蒸馏水配制成溶液。

2.在溶液中，加入10克Y-型沸石，均匀搅拌24小时，然后60℃烘干。

3.取上述烘干物中的1.5克放入电阻加热炉中，在450℃，大气中焙烧4.5小时。

4.密封石英管通氩气，升温至700℃后，再通入比例为1∶8的25ml/min丙烷与300ml/min氩气的混合气，进行反应25分钟。

5.然后切断气源，在100ml氩气氛下，冷却至室温。