一种单壁纳米碳管的开口和短切方法.pdf

本发明涉及纳米碳管技术，为了实现单壁纳米碳管的开口和短切并提高收率，本发明提供了一种不涉及强酸回流和含氧气氛氧化的处理方法，，单壁纳米碳管与KOH混合，经球磨、高温处理、HCl清洗、去离子水冲洗后得到纯净的、开口和短切的单壁纳米碳管，其特征在于：单壁纳米碳管与KOH比例为1/(4～7)；球磨是在行星式球磨机上进行的，转速为500转/分，时间1～3h；高温处理是在氩气保护下进行，温度为900℃，时间1～3h。

权利要求书
1、  一种单壁纳米碳管的开口和短切方法，将纯化后单壁纳米碳管与KOH按一定比例混合，经球磨、高温反应、HCl清洗、去离子水冲洗处理，最终得到开口和短切的单壁纳米碳管。

2、  按权利要求1所述单壁纳米碳管的开口和短切方法，其特征在于：所述单壁纳米碳管与KOH按一定比例混合的比例范围是1∶(4～7)质量比。

3、  按权利要求1所述单壁纳米碳管的开口和短切方法，其特征在于：所述球磨是指在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨单壁纳米碳管和KOH的混合物，球磨时间为1～3h。

4、  按权利要求1所述单壁纳米碳管的开口和短切方法，其特征在于：所述高温处理是指在高纯氩气保护下温于900℃恒温1～3h。

说明书一种单壁纳米碳管的开口和短切方法
技术领域：
本发明涉及纳米碳管的后处理技术，特别提供了一种单壁纳米碳管的开口和短切方法。
背景技术：
目前单壁纳米碳管的大量制备为研究其物理和化学特性及实际应用提供了可能。但通常制备得到的单壁纳米碳管，长度为几十微米或更长，而且两端通常是封闭的。当单壁纳米碳管应用于气体吸附或催化剂载体时，要求单壁纳米碳管具有特定的长度和打开的端口，从而有利于粒子的进入和脱出。所以单壁纳米碳管的短切和开口对于其实际应用具有极重要意义。
有学者提出采用在含氧气氛中氧化与强酸回流水煮的方法短切单壁纳米碳管。但该方法存在以下缺点：含氧气氛中氧化程度不容易控制且耗时较长；强酸回流水煮虽然可以达到短切和开口的目的，但该工艺过程对单壁纳米碳管的结构破坏严重，使一部分单壁纳米碳管转变为碳质碎片，收率很低。因此人们一直努力在寻找一种简单、有效、快捷和高效率的短切和开口方法。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种单壁纳米碳管的开口和短切方法，实现单壁纳米碳管的开口和短切并提高收率。
本发明提供了一种不涉及强酸回流和含氧气氛氧化的处理方法。具体工艺为：将纯化后的单壁纳米碳管与固态KOH按一定比例混合，经球磨、高温处理、HCl清洗、去离子水冲洗等处理，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。
本发明所述单壁纳米碳管与KOH混合球磨是指按两者按1/(4～7)的比例混合的；所述的惰性气体是指高纯氩气；球磨转速为500转/分，时间1～3h；高温反应在氩气保护下进行，温度为900℃，时间1～3h。
本发明具有以下特点：
1将单壁纳米碳管和固体KOH以1/(4～7)的比例混合，然后在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨，一方面可以降低KOH的粒度，增加与单壁纳米碳管的接触面积；另一方面可以使单壁纳米碳管与KOH充分的混合接触，为下一步的反应做好准备。
2氩气保护下的高温处理，使KOH与单壁纳米碳管反应，刻蚀管壁和封闭的管口，生成一氧化碳或者二氧化碳，从而达到开口和短切的目的。反应公式如下：
KOH+C＝CO(CO2)+K+H2
3HCl清洗是为了将金属和KOH杂质去除。
以本发明方法对单壁纳米碳管进行开口和短切，纯度仍然可以达到98wt％以上，单壁纳米碳管管束的长度由短切前的40～50um降低到2～3um之间，样品开口率可以达到70～90％。
附图说明：
附图1单壁纳米碳管的开口和短切的工艺流程图；
附图2开口和短切后单壁纳米碳管的透射电镜照片。
具体实施方式：
本发明实施方案均为纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管与KOH混合，经球磨、高温处理、HCl清洗、去离子水冲洗处理，最终得到开口和短切的单壁纳米碳管。其工艺流程如图1。
实施例1
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为85％。
实施例2
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与400mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为80％。
实施例3
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与400mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为80％。
实施例4
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温1h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为83％。
实施例5
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温3h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为88％。
实施例6
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨1h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为78％。
实施例7
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合，在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨3h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，最终得到纯净开口和短切的单壁纳米碳管。经投射电镜观察，管束长度为2-3um之间，样品开口率为87％。
为了验证上述提纯方法的有效性，本发明对上述单壁纳米碳管进行了对比试验，即改变单壁纳米碳管和KOH的比例、高温处理的温度和时间等，试验结果表明实施例1为最佳方案。
比较例1
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与100mg的KOH混合在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，经透射电镜观察，管束平均长度仍35um，开口率为10％。
比较例2
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与800mg的KOH混合在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，经透射电镜观察，管束平均长度为2um，开口率为95％，但是样品中有较多的碳碎片，纯度很低。
比较例3
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg，与600mg的KOH混合在转速为500转/分的行星式球磨机上球磨30分钟，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，经透射电镜观察，管束平均长度为25um，开口率为25％。
比较例4
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg和600mg的KOH混合在转速为500rm/min的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到750℃恒温2h，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，经透射电镜观察，管束平均长度为30um，开口率为30％。
比较例5
取用纯化后平均直径为1.85nm的单壁纳米碳管100mg和600mg的KOH混合在转速为500rm/min的行星式球磨机上球磨2h，然后在氩气保护下以15℃/min的升温速率升温到900℃恒温30min，自然冷却到室温，HCl清洗，去离子水冲洗，经透射电镜观察，管束平均长度为35um，开口率为40％。