CN119034825B 催化劑納米粒子的制備裝置及方法、單壁碳納米管及其宏量合成裝置及方法 （江西銅業技術研究院有限公司）

microplasmaforstructure-contnanotubes.ChemicalEmicroplasmaforstructure-contnanotubes.ChemicalEhighlyuniformstructure.Nanoscale.2020,本發明公開了一種催化劑納米粒子的制備2deposition.Chemical3催化劑前驅體蒸汽體積濃度為3x1015cm_3~9x1018cm_3；將所述催化劑前驅體蒸汽引入微等離子體反應器內電離形成第一催化劑納米粒子流，化劑納米粒子流中的催化劑納米粒子的濃度為2x1016cm_3~9x1020cm_3，所述第一流速為先將鞘層混合氣體預熱至第三溫度，再將所述鞘層混合氣體所述鞘層混合氣體環繞所述第一催化劑納米粒子流并保持第二流速，所述第三溫度為300粒子流，所述第二催化劑納米粒子流中的催化劑納米粒子的濃度為2x1016cm_3~9x1022cm_3，所述第二催化劑納米粒子流所含催化劑納米粒子的粒徑分布范圍小于所述第一催化劑納米粒子的粒徑具有雙峰尺寸分布，所述鞘層混合氣體包括還原性氣體和水蒸氣或氧2.根據權利要求1所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，4.根據權利要求1所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，5.根據權利要求1所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，6.根據權利要求5所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，其特征在于：所述第二催化劑納米粒子流中的催化劑納米粒子的粒徑集中分布在1nm~210.根據權利要求7所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，411.根據權利要求7所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，12.根據權利要求7所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑納米粒子的方法，采用權利要求1_12中任一項所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的cm_3的催化劑納米粒子流與碳源混合氣體在1毫秒~10毫秒內進行混合反應，從而獲得可控量合成可控直徑單壁碳納米管的方法具體包括：先將所述碳源混合氣體預熱至第四溫度，21.一種單壁碳納米管，其特征在于：所述單壁碳納米管是由所述宏量合成可控直徑單壁碳納米管的方法制備獲得的，所述單壁碳納米管的G/D比超過22.一種實施權利要求1_12中任一項所述用于制備高體積濃度、窄直徑分布的催化劑熱機構用于將所述反應室內的環境溫度保持在5所述催化劑供應機構用于對催化劑進行預熱，并將催化劑引入至將鞘層混合氣體引入至所述反應室內，所述鞘層混合氣體環繞所述催化劑納米粒子流分輸送器與所述蒸發器連接，所述阻凝劑供應機構包括阻凝劑載氣預熱器和阻凝劑輸送器，24.一種實施權利要求13_20中任一項所述宏量合成可控直徑單壁碳納米管的方法的速地擴散到所述催化劑納米粒子流的中心區域，并阻止催化劑納米粒子之間的碰撞和聚集。輸送器與所述蒸發器連接，所述阻凝劑供應機構包括阻凝劑載氣預熱器和阻凝劑輸送器，67緩解衰退問題，有效助力硅作為高容量負極活性材料的產業化應用，但如何實現宏亮[0003]浮動化學氣相合成(FCCVD)是一種常見的合成單壁碳納米管的方法。將催化劑前72克/天，純度為25_50%之間，距離日產千克級別還有很大的距離（Diamond&Related制的微等離子體反應器蒸發出尺寸分布較窄為3nm的鐵納米粒子（JournalofAerosol8[0008]將所述催化劑前驅體蒸汽引入微等離子體反應器內電離形成第一催化劑納米粒二催化劑納米粒子流所含催化劑納米粒子的粒徑分布范圍小于所述第一催化劑納米粒子[0010]本發明實施例的第二個方面提供了一種宏量合成可控直[0011]于第二溫度條件下，使催化劑納米粒子的粒徑為1nm~6nm、濃度不小于2×1016cm_3的催化劑納米粒子流與碳源混合氣體在1毫秒~10毫秒級內進行混合反應，從而獲得可述加熱機構用于將所述反應室內的環境溫度保持在第二[0015]所述催化劑供應機構用于對催化劑進行預熱，并將催化米粒子流引入至所述反應室內，所述鞘層混合氣體供應機構用于對鞘層混合氣體進行預[0016]本發明實施例的第五個方面提供了一種用于宏量合成可控直徑單壁碳納米管的9化劑納米粒子流注入口設置，所述微等離子體發生器與所述催化劑納米粒子流注入口連碳源混合氣體引入至所述反應室內，所述鞘層混合氣體環繞所述催化劑納米粒子流分布，[0020]本發明通過采用多步化學氣相合成工藝，成功實現了在極高體積濃度納米粒子一創新突破，有效克服了高結晶性單壁碳納米管在窄直徑分布和產率方面所面臨的難題，為相關領域的發展開辟了新道路。[0023]圖1為本發明一典型實施案例中提供的一種微等離子體宏量合成單壁碳納米管的[0024]圖2為本發明一典型實施案例中提供的部分催化劑制備單元和生長單元的局部剖[0025]圖3為本發明一典型實施案例中提供的一種微等離子體宏量合成單壁碳納米管的[0032]圖10為本發明實施例5制備的樣品透射電鏡測量鐵納米粒子和SWCNTs的直徑分布[0036]將所述催化劑前驅體蒸汽引入微等離子體反應器內電離形成第一催化劑納米粒所述第二催化劑納米粒子流所含催化劑納米粒子的粒徑分布范圍小于所述第一催化劑納[0053]進一步的，所述第二催化劑納米粒子流中的催化劑納米粒子的粒徑集中分布在[0060]本發明實施例的第二個方面提供了一種宏量合成可控直[0061]于第二溫度條件下，使催化劑納米粒子的粒徑為1nm~6nm、濃度不小于2×1016cm_3的催化劑納米粒子流與碳源混合氣體在1毫秒~10毫秒內進行混合反應，從而獲得可控三流速，且使所述碳源混合氣體與所述催化劑納米粒子流在1毫秒~10毫秒內進行混合反述加熱機構用于將所述反應室內的環境溫度保持在第二[0081]所述催化劑供應機構用于對催化劑進行預熱，并將催化米粒子流引入至所述反應室內，所述鞘層混合氣體供應機構用于對鞘層混合氣體進行預[0083]本發明實施例的第五個方面提供了一種用于宏量合成可控直徑單壁碳納米管的化劑納米粒子流注入口設置，所述微等離子體發生器與所述催化劑納米粒子流注入口連碳源混合氣體引入至所述反應室內，所述鞘層混合氣體環繞所述催化劑納米粒子流分布，第一催化劑納米粒子流，反應單元220主要用于提供合成高濃度窄直徑分布的催化劑納米生長單元220包括高溫生長管211、鞘層混合氣體氣幕注入口223和碳源混合氣體氣幕注入幕注入口223與微等離子發生器120同軸設置，微等離子發生器120一端插入到高溫生長管過市購或本領域已知的定制加工獲得，在此不對其具體的結構以及產品型號等進行限定。行宏量直徑可控單壁碳納米管的制備方法可以包括L/min；鞘層混合氣體包含還原性氣體和其它氣體，鞘層混合氣體的通入流速為3m/s~粒徑為1nm~600nm的催化劑前驅體蒸汽，催化劑前驅體蒸汽經過微等離子發生器120的電微等離子發生器120噴出的第一催化劑納米粒子流以流速大于5m/s在反應室內與鞘層混會快速地擴散到第一催化劑納米粒子流的中心，阻止催化劑納米粒子的進一步碰撞和聚[0099]本發明所制備的單壁碳納米管的G/D比超過50，高結晶單壁碳納米管的可控直徑[0104]這一過程充分利用了微等離子體反應器的特性，通過精[0108]本實施例以本發明提供的一種微等離子體宏量合成單壁位于兩個輸送器115內的二茂鐵、硫粉輸送至蒸發器117中進行蒸發，形成粒徑為1nm~[0112]將預熱后的鞘層混合氣體自高溫生長管211內的反應室的外層空間輸入至反應室[0113]緊接著，向反應室內通入預熱后的碳源混合氣體，碳源混合氣體的通入流速為3[0117]本實施例以本發明提供的一種微等離子體宏量合成單壁合氣體預熱器將鞘層混合氣體、碳源混合氣體的溫度預熱至600℃、280℃,將高溫生長管過微等離子發生器120的電離形成粒徑為1nm~10nm、濃度為3×1016cm_3~第一催化劑納米粒子流；從微等離子發生器120噴出的第一催化劑納米粒子流以流速為8[0121]將預熱后的鞘層混合氣體自高溫生長管211內的反應室的外層空間輸入至反應室[0126]本實施例以本發明提供的一種微等離子體宏量合成單壁位于兩個輸送器115內的二茂鐵、噻吩輸送至蒸發器117中進行蒸發，形成粒徑為1nm~催化劑納米粒子流；從微等離子發生器120噴出的第一催化劑納米粒子流以流速為12m/s[0130]將預熱后的鞘層混合氣體自高溫生長管211內的反應室的外層空間輸入至反應室[0135]本實施例以本發明提供的一種微等離子體宏量合成單壁位于兩個輸送器115內的二茂鐵、噻吩輸送至蒸發器117中進行蒸發，形成粒徑為1nm~微等離子發生器120的電離形成粒徑為1nm~7nm、濃度為2×1017cm_3~5×1020cm_3的第一催化劑納米粒子流；從微等離子發生器120噴出的第一催化劑納米粒子流以流速為21m/s[0139]將預熱后的鞘層混合氣體自高溫生長管211內的反應室的外層空間輸入至反應室[0144]本實施例以本發明提供的一種微等離子體宏量合成單壁位于兩個輸送器115內的二茂鐵、噻吩輸送至蒸發器117中進行蒸發，形成粒徑為1nm~微等離子發生器120的電離形成粒徑為1nm~7nm、濃度為6×1017cm_3~9×1020cm_3的第一催化劑納米粒子流；從微等離子發生器120噴出的第一催化劑納米粒子流以流速為18m/s[0148]將預熱后的鞘層混合氣體自高溫生長管211內的反應室的外層空間輸入至反應室第一催化劑納米粒子流以流速為3m/s在反應室內與鞘層混合氣顯微術表征方法和紫外可見近紅外吸收光譜表征方法標準參見GB/T32871_2016、GB/T;[0180]圖7示出了實施例5制備得到樣品的拉曼光譜RBM峰局部圖，通過對拉曼光譜呼吸與從拉曼光譜計算得到的直徑分布基本一致。進一步通過TEM表征結果進行統計如圖10所[