碳納米管作為一種具有獨特一維中空結構的納米碳材料,由于具有高長徑比、高導電性和機械穩(wěn)定性而被廣泛應用于儲氫、二次電池以及超級電容器等領域。盡管目前碳納米管的合成方法逐漸趨向成熟,但面對巨大的應用市場,設計一種經(jīng)濟、高效的碳納米管合成方法依然是一項有益的挑戰(zhàn)。本文綜述了碳納米管的生長機理,并對目前常用碳納米管的制備方法進行評述。 

【文章來源】：天然氣化工（C1化學與化工）. 2020,45(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同手性的單壁碳納米管；(b)單壁碳納米管三種理想結構模型

大量研究表明，在碳納米管的端部包含有催化劑顆粒。因此，奧本大學的Baker等[4]提出碳納米管頂部生長和底部生長模型（圖2），該模型的提出基于碳纖維的生長過程，同樣也適用于碳納米管的生長。如果催化劑與基底之間作用力較弱，催化劑則會被不斷生長的碳納米管托起，使得催化劑顆粒始終處于碳納米管的頂端。相反，如果催化劑與基底之間有強的作用力，催化劑會始終附著在基底上，碳原子則從底部向上擴散形成碳納米管，即底部生長模型。不論是頂部生長還是底部生長模型，碳原子在催化劑表面的擴散速率始終大于內部的擴散速率，因此形成了中空的管狀結構[5]。此外，中國科學院山西煤化所Du等[6]提出了一種顆粒-線-管生長模型，該模型更適用于氣-氣反應歷程。由于在氣-氣反應過程中碳中間產(chǎn)物遠大于金屬催化劑的含量，因此碳中間產(chǎn)物更加趨向于相互吸引團聚，而不是被催化劑吸附。麻省理工大學Height等[7]提出了顆粒接觸模型，用于解釋火焰環(huán)境中碳納米管的生長（圖3）。離散的催化劑顆粒優(yōu)先吸附活化的碳原子并形成碳過飽和態(tài)。相鄰兩個或多個催化劑顆粒之間相互碰撞的部分接觸在一起，該部分隨后不再沉積新的碳原子，這就產(chǎn)生了催化劑顆粒內部的碳原子濃度梯度。一旦催化劑顆�；ハ喾蛛x，碳納米管或碳納米管束就會在顆粒之間形成。

麻省理工大學Height等[7]提出了顆粒接觸模型，用于解釋火焰環(huán)境中碳納米管的生長（圖3）。離散的催化劑顆粒優(yōu)先吸附活化的碳原子并形成碳過飽和態(tài)。相鄰兩個或多個催化劑顆粒之間相互碰撞的部分接觸在一起，該部分隨后不再沉積新的碳原子，這就產(chǎn)生了催化劑顆粒內部的碳原子濃度梯度。一旦催化劑顆�；ハ喾蛛x，碳納米管或碳納米管束就會在顆粒之間形成。2 制備方法及其進展


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