淺析碳納米材料的化學(xué)性質(zhì)范文

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一、零維碳納米材料

制備洋蔥碳是一個(gè)非常困難的工作，其制備方法非常少，僅有幾種方法如電子束輻照法和直流電弧法。洋蔥碳具有很強(qiáng)的催化性能，其可以作為氧化脫氫催化劑進(jìn)行催化。據(jù)科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，在同等質(zhì)量下，洋蔥碳具有較高的數(shù)目活性中心，這也使其催化性能要好過(guò)其他催化劑。但是受到了制備方法控制難以及產(chǎn)物的純度較低的缺點(diǎn)影響，想要對(duì)洋蔥碳材料進(jìn)行宏量制備是無(wú)法做到的。也正因?yàn)檫@樣，洋蔥碳材料無(wú)法被有效應(yīng)用在多相催化領(lǐng)域。

所謂納米金剛石，指的是均粒徑為納米量級(jí)的金剛石微粉，其具有納米粒子和超硬材料兩種特性，是一種新型碳納米材料。納米金剛石材料的生產(chǎn)是近些年剛剛興起的。也正因?yàn)槿绱耍瑢?duì)其的制備方法十分不完善，并沒(méi)有被有效利用于催化劑領(lǐng)域。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證得，如果將甲醇分解，并在空氣下將其催化劑進(jìn)行處理，就會(huì)使催化劑擁有非常強(qiáng)烈的反應(yīng)活性。此外，當(dāng)進(jìn)行乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是納米金剛石還是碳納米管，它們的催化活性都是非常高的。由此可見(jiàn)，石墨的結(jié)構(gòu)并不會(huì)對(duì)催化活性起著決定性作用。

二、一維碳納米材料

簡(jiǎn)單地說(shuō)，一維納米材料指的是當(dāng)空間上的兩個(gè)維度在納米范圍的碳材料，碳納米纖維和碳納米管就是這種材料的最好代表。關(guān)于近幾年來(lái)碳納米纖維和碳納米管在多相催化領(lǐng)域應(yīng)用的最新進(jìn)展如下所示。

1碳納米纖維（CNF）s的制備及相關(guān)問(wèn)題

在進(jìn)行VGCFs生產(chǎn)時(shí)，一般采用苯、甲烷等小分子的有機(jī)化合物作為主要的碳源。而碳納米纖維通常主要是通過(guò)小分子氣相生長(zhǎng)碳纖維（VGCFs）催化裂解制備的，且催化劑主要采用金屬鐵、鈷、鎳等以及它們的合金或化合物。這種材料的制備方法有有基板法和流動(dòng)法兩類。

2碳納米管（CNT）s的發(fā)現(xiàn)及其在多相催化中的應(yīng)用

碳納米管是一種非常重要的材料，該材料的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界引起了轟動(dòng)。科學(xué)家們充分利用了碳納米管的表面積大的特點(diǎn)以及穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效地促進(jìn)了鈷金屬的分散，進(jìn)而成功使鈷團(tuán)簇的尺寸減小。

三、二維碳納米材料

所謂的二維納米碳材料指的是那些在空間范圍內(nèi)僅僅有一維處于納米尺度范圍內(nèi)的碳納米材料。

1二維石墨烯（graphene）及其在多相催化中的應(yīng)用

石墨烯的組成結(jié)構(gòu)十分獨(dú)特，其是由碳原子六角形網(wǎng)格形成的單層二維片層。石墨材料的有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如其吸附性質(zhì)很強(qiáng)，導(dǎo)電導(dǎo)熱的性能好等。而石墨烯的這些優(yōu)點(diǎn)也使其具備了成為有效催化劑的條件。石墨烯尺度范圍在微米級(jí)，其等效于一種分子性能非常高的材料，也正因?yàn)槿绱耍┮脖蝗藗兛醋鍪亲顬榉奖慊厥盏念惥啻呋瘎?/p>

2碳納米墻（carbonnanowal）l及其在多相催化中應(yīng)用

二維碳納米墻的制備方法很簡(jiǎn)單，其可以通過(guò)微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（MPECVD）法、熱絲化學(xué)氣相沉積（HFCVD）等方法來(lái)進(jìn)行制備。納米墻的表面積是非常大的，而其非常適合被用于催化劑載體，特別是燃料電池電催化劑載體。在進(jìn)行碳納米墻制備工作時(shí)，一般是可以直接進(jìn)行而不需要添加催化劑的。也正因?yàn)槿绱耍技{米墻制備省去了去除剩余殘存催化劑的環(huán)節(jié)，而這也成為其一個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)，得到了人們的一致看好。（本文作者：張健單位：合肥學(xué)院化工系）