本發(fā)明屬于碳納米管，尤其是涉及一種催化劑、采用該催化劑制備寡壁碳納米管的方法及寡壁碳納米管的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、寡壁碳納米管（few-walled?carbon?nanotubes,?fwnts）是碳納米管家族中的一個(gè)重要成員，它介于單壁碳納米管（swcnts）和多壁碳納米管（mwcnts）之間。寡壁碳納米管由少數(shù)幾層（通常2-5層）石墨烯片同軸環(huán)繞構(gòu)成。與單壁碳納米管相比，它們的層數(shù)較多，但仍然保持了較小的直徑和較高的長徑比。寡壁碳納米管因其適中的層數(shù)和性能，可以作為連接swcnts和mwcnts的橋梁，在需要平衡導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度的應(yīng)用中發(fā)揮作用。它們在電子器件、復(fù)合材料強(qiáng)化、傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。寡壁碳納米管具有純度高、結(jié)晶度高、柔韌性好以及穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。它們在導(dǎo)電性能、長徑比和柔韌性方面表現(xiàn)出色，適合用于提升鋰離子電池的電極導(dǎo)電性能，以及在智能可穿戴織物和相關(guān)設(shè)備中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2、目前寡壁碳納米管的制備方法包括化學(xué)氣相沉積、電弧放電法、激光燒蝕法等。公開文獻(xiàn)中將反應(yīng)器加熱，加入催化劑，再引入碳源和氫氣進(jìn)行反應(yīng)，通過調(diào)控生長氣氛中的氫氣的比例，得到平均壁數(shù)為3～6的寡壁碳納米管，或者是采用流化床反應(yīng)器裝置制備寡壁碳納米管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種催化劑、采用該催化劑制備寡壁碳納米管的方法及寡壁碳納米管的應(yīng)用，能夠制備出平均壁數(shù)為3~5的寡壁碳納米管。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種制備寡壁碳納米管的催化劑，包含如下步驟：

4、（1）將含有金屬活性組分的無機(jī)鹽、鉬酸銨和水加入到反應(yīng)器中，攪拌均勻得到溶液a；

5、（2）稱取載體加入到溶液a中，得到混合物b；

6、（3）將混合物b倒入反應(yīng)釜中，攪拌并加熱，反應(yīng)完全后得到懸濁液；

7、（4）將懸濁液進(jìn)行焙燒，焙燒后的固體研磨過篩得到催化劑；

8、所述步驟（1）中的活性組分為鐵和/或鈷，所述無機(jī)鹽為醋酸鹽和硝酸鹽中的至少一種；所述步驟（2）中的載體為水滑石、氧化鋁或氧化鎂中的任一種。

9、進(jìn)一步的，所述活性組分中鐵和/或鈷與鉬的摩爾比為1:1~1:10。

10、進(jìn)一步的，所述步驟（2）中載體在混合物b中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22~56%。

11、進(jìn)一步的，所述步驟（3）中加熱溫度為85~120?℃，反應(yīng)時(shí)間為?3~5個(gè)小時(shí)。

12、進(jìn)一步的，所述步驟（4）中焙燒溫度為?450-650?℃，焙燒時(shí)間為1~6個(gè)小時(shí)。

13、一種寡壁碳納米管的制備方法，將催化劑放入反應(yīng)器中，在氮?dú)鈿夥障律郎刂?00-800℃，通入氫氣還原10?min后，通入丙烯反應(yīng)60?min，總流量為450?m3/h。

14、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器為固定床、移動(dòng)床或流化床。

15、一種寡壁碳納米管，采用上述制備方法制得。

16、上述寡壁碳納米管在制備硅基正極材料中的應(yīng)用。

17、催化劑作用機(jī)理：

18、在本發(fā)明中，金屬活性組分含量較低，助催化劑含量明顯高于金屬活性組分含量，由于助催化劑含量高，金屬活性組分被大量助催化劑組分均勻隔離開。在焙燒過程中，金屬活性組分和助催化劑均生成金屬氧化物，隨著焙燒溫度增加，金屬活性組分氧化物顆粒被助催化劑顆粒隔開，無法和鄰近的金屬活性組分顆粒團(tuán)聚，形成的金屬活性組分氧化物顆粒較小，生長的碳納米管為壁數(shù)在3~5層的寡壁碳納米管。

19、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的催化劑、采用該催化劑制備寡壁碳納米管的方法及寡壁碳納米管的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：

20、本發(fā)明通過控制金屬活性組分與助催化劑的量，制備出的催化劑可以生成寡壁碳納米管，并且催化劑的制備方法簡單，生產(chǎn)成本低。

技術(shù)特征：

1.一種制備寡壁碳納米管的催化劑，其特征在于：包含如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備寡壁碳納米管的催化劑，其特征在于：所述活性組分中鐵和/或鈷與鉬的摩爾比為1:1~1:10。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備寡壁碳納米管的催化劑，其特征在于：所述步驟（2）中載體在混合物b中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22~56%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備寡壁碳納米管的催化劑，其特征在于：所述步驟（3）中加熱溫度為85~120?℃，反應(yīng)時(shí)間為?3~5個(gè)小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備寡壁碳納米管的催化劑，其特征在于：所述步驟（4）中焙燒溫度為?450-650?℃，焙燒時(shí)間為1~6個(gè)小時(shí)。

6.一種寡壁碳納米管的制備方法，其特征在于：將權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的催化劑放入反應(yīng)器中，在氮?dú)鈿夥障律郎刂?00-800℃，通入氫氣還原10?min后，通入丙烯反應(yīng)60min，總流量為450?m3/h。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寡壁碳納米管的制備方法，其特征在于：所述反應(yīng)器為固定床、移動(dòng)床或流化床。

8.一種寡壁碳納米管，其特征在于，采用權(quán)利要求6或7所述的制備方法制得。

9.權(quán)利要求8所述的寡壁碳納米管在制備硅基正極材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種催化劑、采用該催化劑制備寡壁碳納米管的方法及寡壁碳納米管的應(yīng)用，制備寡壁碳納米管的催化劑包含如下步驟：將含有金屬活性組分的無機(jī)鹽、鉬酸銨和水加入到反應(yīng)器中，攪拌均勻得到溶液A；稱取載體加入到溶液A中，得到混合物B；將混合物B倒入反應(yīng)釜中，攪拌并加熱，反應(yīng)完全后得到懸濁液；將懸濁液進(jìn)行焙燒，焙燒后的固體研磨過篩得到催化劑；其中活性組分為鐵和/或鈷，無機(jī)鹽為醋酸鹽和硝酸鹽中的至少一種；載體為水滑石、氧化鋁或氧化鎂中的任一種。本發(fā)明通過控制金屬活性組分與助催化劑的量，制備出的催化劑可以生成寡壁碳納米管，并且催化劑的制備方法簡單，生產(chǎn)成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：曾欽,賈文輝,楊濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶巨冉新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8