[发明专利]一种碳纳米管催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于碳纳米管催化剂制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管催化剂及其制备方法和应用。该方法包括(1)金属有机化合物和碳源混合形成混合溶液；(2)经化学气相沉积反应后得到碳纳米管催化剂；所述混合溶液中金属有机化合物的质量浓度为1‑20％。该方法制得的碳纳米管催化剂在不影响催化剂化学稳定性和反应活性的基础上，可以提高金属颗粒碳纳米管中的分散均匀性以及负载量，并通过调整金属有机物溶液浓度实现金属含量的精确调控，该方法得到的碳纳米管催化剂的结构完整，在烧结过程中金属颗粒不易发生烧结、团聚等问题。该方法通过一步法合成得到了碳纳米管催化剂，制备方法简单，得到的产物中碳纳米管的含量高，杂质少。

技术领域

本发明属于碳纳米管催化剂制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管是一种具有独特结构的纳米材料，碳纳米管自其发现以来已经得到广泛关注，其应用探究也不断扩展。其中，碳纳米管作为催化剂载体的应用探究比较深入，经研究发现，碳纳米管不仅具有良好的电学性能，还对提高催化剂催化活性，提高反应的选择性具有积极作用。碳纳米管有多种合成方式，包括电弧放电法、激光烧蚀法、热等离子体法、化学气相沉积法、原子层沉积法、液体电解法、火焰燃烧法等。

碳纳米管具有很好的化学稳定性，无法均匀分散在大部分溶剂中，因此，将碳纳米管用于催化剂合成时会导致催化剂出现活性组分分散不均、活性降低的问题，且在高温反应时，催化剂颗粒易烧结团聚，进一步使催化剂活性降低。为提高碳纳米管的溶解性能，提升碳纳米管孔道直径，常见的改进方法是利用强酸对碳纳米管进行处理，使其表面末端产生大量缺陷并增加表面亲水的羟基、羧基等基团，增加其在催化剂合成时的负载性能。虽然该方法能提高负载性能，但是也会降低催化剂的化学稳定性和耐高温性能。

杨瑞等利用气相爆轰的方式，在反应器中通入甲烷、氧气与二茂铁，点燃反应器内气体产生爆轰，爆轰后得到的产物即为碳纳米管，但是产物中碳纳米管的含量较低，仅有60-70％，产物中的无定形碳等杂质含量较高，碳纳米管中铁金属颗粒含量也较低，不超过2％。另外，中国专利文献CN1757595A公开了一种多壁纳米管原位自组装制备定向微米管的方法，分别将金属有机茂合物和硅基片安置在石英反应器中的固定位置，然后将碳氢化合物输入反应器，反应后得到微米管，该方法中碳氢化合物和金属有机茂合物是在基板上进行的，合成的大部分金属颗粒保留在基板上，形成的微米管中金属含量低，无法直接用于催化反应，且微米管中金属分散的均匀性较差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中碳纳米管作为催化剂载体时，催化剂活性组分的分散均匀性差，催化剂活性组分在碳纳米管中的负载量低等缺陷，从而提供了一种碳纳米管催化剂及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种碳纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤，

(1)金属有机化合物和碳源混合形成混合溶液；

(2)经化学气相沉积反应后得到碳纳米管催化剂；

所述混合溶液中金属有机化合物的质量浓度为1-20％。

所述混合溶液中金属有机化合物的质量浓度为10-20％；可选的，混合溶液中金属有机化合物的质量浓度为10-15wt％。

所述碳源为碳氢化合物；所述碳氢化合物可以是但不限于芳香烃类、醇类、醚类、酮类等液体碳氢化合物；具体地，碳源可以是苯、二甲苯等。

所述金属有机化合物为适用于合成碳纳米管的物质，例如茂金属、金属羟基化合物等。

所述金属有机化合物为含铁有机化合物、含钴有机化合物、含镍有机化合物和含铜有机化合物中的至少一种。

所述化学气相沉积反应依次包括加热、合成和冷却的步骤。