纳米碳纤维及其应用的研究进展_赵立.pdf

《纳米碳纤维及其应用的研究进展_赵立.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·５４·材料导报Ａ：综述篇２０１３年１１月（上）第２７卷第１１期纳米碳纤维及其应用的研究进展＊赵立，吴强，韩若冰，吴江，姚伟峰（上海电力学院环境与化学工程学院，上海２０００９０）摘要首先分析了纳米碳纤维的发现和结构性能，全面介绍了制备纳米碳纤维的方法及其研究进展，综合阐述了各种制备方法的优缺点，最后结合其性能重点讨论了纳米碳纤维在各个不同领域的应用，并对其发展趋势进行了展望。关键词纳米碳纤维制备方法性能中图分类号：ＴＱ３４２＋．７４２文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｆｉｂｅｒｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＺＨＡＯＬｉ，ＷＵＱｉａｎｇ，

2、ＨＡＮＲｕｏｂｉｎｇ，ＷＵＪｉａｎｇ，ＹＡＯＷｅｉｆｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ（ＣＮＦｓ）ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｐｒｅ－ｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣＮＦｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓ

3、ａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅ－ｒｅｎｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎｔｏｔｈｅｉｒａｐ－ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｄｉｖｅｒｓｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｆｏｒＣＮＦｓａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ（ＣＮＦｓ），ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｏｐｅｒｔｙ０引言１纳米碳纤维的制备方法自从１９８５年英国科学家Ｋｒｏｔｏ、

4、美国科学家Ｃｕｒｌ和１．１基体法［１］以及基体法是利用陶瓷或ＳｉＯ纤维作基体，在基体上均匀Ｓｍａｌｌｅｙ在研究石墨气化产物时发现了富勒烯Ｃ６０２［２］在氩气下电弧放１９９１年日本筑波大学ＮＥＣ实验室Ｉｉｊｉｍａ分散纳米级催化剂颗粒（多为Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等过渡金属），反应电后的阴极碳棒上发现了碳纳米管（简称ＣＮＴｓ）以来，碳基过程中催化剂始终沉积在反应器中的基体上，根据催化剂活纳米材料的研究开始引起人们的广泛关注。纳米碳纤维（简性的不同选择合适的反应温度，通入烃类气体热解并分解，称ＣＮＦｓ）是在一定条件下催化裂解气相碳氢化合物制备成碳沉积生长获得具有纳米尺度的碳纤维［１０－１２］。Ｅｎ

5、ｒｉｑｕｅ的非连续石墨纤维，是近几年比较受关注的准一维的新型碳等［１３］利用宏观基体法在８７３Ｋ条件下分别以混合气体ＣＨ／４材料，它的直径一般在５０～２００ｎｍ，长度为５０～１００μｍ，长Ｈ２、Ｃ２Ｈ６／Ｈ２为碳源，Ｎｉ为反应中的催化剂，在陶瓷基体上径比分布在１００～５００。ＣＮＦｓ的发现可以追溯至１８８９年，气相催化生长出纯度较高的纳米碳纤维，并探究了不同的碳Ｈｕｇｈｅｓ和Ｃｈａｍｂｅｒｓ在研究含碳气体与高温金属作用时观源、温度等条件对纳米碳纤维的层厚、均匀性、孔隙度的影察到碳纤维的存在［３］。许多重要的化学反应（如Ｆｉｓｈｅｒ－Ｔｒｏ－响。ｐｓｃｈ合成和水蒸气转化）中都可以发现Ｃ

6、ＮＦｓ的生长。利用基体法可制备出纯度相当高的纳米碳纤维，但是纳ＣＮＦｓ是介于石墨和球碳之间的材料，由纳米尺寸的石墨片米碳纤维只能散布在有催化剂颗粒的基体上生长；纳米级的层在空间与纤维的轴向成不同角度堆积而成［４］。研究发现，催化剂制备困难，一般颗粒直径较大，制备出的纳米碳纤维纳米碳纤维因其独特的纤维结构，不仅具有缺陷数量少、比颗粒较粗，为１～２μｍ；此外，催化剂的连续投放、产物及催化表面积大、长径比大等优点，还兼具低密度、高比模量、高比剂的及时导出也是尚未解决的问题。因此，基体法生长碳纤强度、高导电性、高导热性以及结构致密等特性［３，５］，因而在维产量很低，难以实现工业化的连续生产。

7、存储材料、电极材料、催化剂和催化剂载体、高效吸附剂、分１．２喷淋法离剂以及复合材料等方面具有广阔的应用前景［６－９］。喷淋法是在一定的压力条件下，将纳米级催化剂（如金＊国家自然科学基金（２１１０７０６９；２１１０３１０６）；教育部留学回国人员科研启动基金（Ｚ－２０１３－００２）；上海市浦江人才计划项目（１２ＰＪ１４０３８００）；稀土功能材料上海市重点实验室开放课题（Ｚ－２０１１－０５０）；上海电力学院０８５工程项目（Ｃ－８２０９－１１－５５１；Ｃ－８２０９