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1、·96·化学通报2004年第2期http:ööwww.hxtb.org碳纳米管的纯化3周亮刘吉平李晓合(北京理工大学阻燃材料国家专业实验室北京100081)摘要目前制备碳纳米管的方法很多,然而这些方法所制得的产物中除碳纳米管外常常还含有无定形碳、碳纳米粒子及催化剂颗粒等杂质,这些杂质的存在直接影响到碳纳米管的性能测试及其应用研究,因此碳纳米管的纯化研究十分必要与重要。而不同制备方法所得碳纳米管的性质以及所引入的杂质都不相同,这就增加了碳纳米管纯化研究的难度。本文结合该领域研究前沿对碳纳米管的纯化机理及方法
2、做了系统的介绍。关键词碳纳米管无定形碳纯化氧化PurificationofCarbonNanotubes3ZhouLiang,LiuJiping,LiXiaohe(NationalLaboratoryofFlameRetardedMaterials,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)AbstractCarbonnanotubeshavebeensynthesizedbymanydifferentmethods.However,theas2pr
3、eparedproductsusuallycontainalargeamountofimpurities,suchasamorphous-carbon,carbonnanoparticlesandcatalystparticles,whichdirectlyaffectthepropertytestingandthefutureapplicationsofcarbonnanotubes.Sothepurificationprocessisnecessaryandimportant.Besides,thed
4、ifferenceofcarbonnanotubesandtheimpuritiesowingtothedifferentpreparationmethodsmakesthepurificationresearchcomplicated.Inthispaper,recentresultsaddressingrationalandefficientmethodstopurifycarbonnanotubesarediscussed.Andtheirpurificationmechanismsarealsod
5、iscussed.KeywordsCarbonnanotubes,Amorphouscarbon,Purification,Oxidation[1]1991年日本科学家Iijima首次发现了碳纳米管(CNTs),虽然碳纳米管的研究只有十多年的历史,但是它独特的力学及电学性质,引起了世界各国化学、物理、材料学界人士的极大关注,在科学基础研究及应用研究中都倍受青睐。目前制备碳纳米管的方法很多,常见的有电弧放电法、激光蒸发法和催化热裂解法。然而用这些方法所制得的产物除碳纳米管外还含有无定形碳、碳纳米粒子及催化剂
6、颗粒等杂质,它们的存在影响了碳纳米管的性能测试及其应用研究,因此对碳纳米管纯化的深入研究是非常必要和重要的。1纯化原理碳纳米管(CNTs)分为:单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)两类,它们的性质不同,所以其纯化方法也有所不同;而且由于不同的制备方法和实验条件引入的杂质不同,所以纯周亮女,25岁,硕士生,现从事碳纳米管的制备与纯化研究。3联系人国防基础科研资助项目(J1500E002)2003203220收稿,2003207221修回http:ööwww.hxtb.org化学通报2004
7、年第2期·97·化方法还因具体的制备方法而异。到目前为止,已经提出的碳纳米管的纯化方法有许多种,这些方法大致可分为物理法、化学法和综合法。物理方法主要是根据碳纳米管与杂质物理性质(如粒度、形状、比重、电性能等)的不同而进行分离;化学方法主要是根据碳纳米管与其它含碳杂质的化学稳定性不同,利用氧化剂对碳纳米管和碳纳米微粒、无定形碳等杂质的氧化速率不同而逐步分离;综合法则是根据物理法及化学法各自的优缺点,把二者结合起来使用的一种方法。2纯化方法2.1物理纯化方法2.1.1离心分离法由于石墨微粒、碳纳米粒子和无定
8、形碳等杂质的粒度比碳纳米管大,在离心分离时它们受到离心力的作用先沉积下来,而粒度较小的碳纳米管则留在溶液中,从而分离。[2]Bandow等用该方法将含量仅为3%～5%的SWNTs从电弧放电法所得的石墨灰中分离出来:首先利用超声分离技术,将5g石墨灰充分分散到3000mL含0.1%阳离子表面活性剂(苄基烷基氯化铵)的水溶液中。然后将分散后形成的胶状悬浮液进行首次离心处理(离心速度为5000römin),便可除去直径d=50～80
