[发明专利]一种提高碳链产率的方法

说明书

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种提高碳链产率的方法。为进一步提高碳链产率，本发明首先对单壁碳纳米管进行高温热处理，使其发生结构转化延变成为双壁碳纳米管，再将双壁碳纳米管置于含氧环境下进行氧化处理，使其表面制造出缺陷，最后对氧化处理过的碳纳米管进行高温退火处理，从而在双壁碳纳米管中形成碳链。本发明在高温退火合成碳链之前，先通过热处理和氧化处理进行结构转化和制造缺陷，从而实现了提高碳链产率的目的，使碳链的产率达到现有技术产率的3‑12倍，进而解决了现有碳链的合成方法中存在的产率低的缺陷。

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种提高碳链产率的方法。

背景技术

碳链是一种由碳原子组成的一维材料，具有优异的光学、电学、力学特性。其中，由碳碳一三键构成的碳链是一种半导体，其带隙大小可由碳链的长度、两端的化学基团和周围的环境调控，有望成为制造单原子宽度晶体管的材料。

当前，合成碳链的方式主要有两种，一种为有机合成，另一种为碳纳米管内限域合成。后者是利用碳纳米管内部的一维空间，在高温下退火，将碳原子在限域空间内进行线性排列，从而合成碳链。但该技术存在碳链产率低的问题。为此，有研究通过在碳纳米管内填充有机溶剂，有机溶剂在高温下分解后为碳链提供额外的碳源，从而达到提高碳链产率的目的。这种方法虽然在一定程度上提高了碳链的产率(以丙醛、丙酮等作为填充分子，成功获得了比起现有技术水平高出接近三倍的长碳链产率)，但提高的幅度仍不够大，且有机溶剂的使用可能会污染环境，因此有必要进一步提高碳链的产率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种提高碳链产率的方法，在高温退火合成碳链前，先进行高温热处理和氧化处理，从而提高碳链的产率，克服了仅仅利用高温退火合成的碳链产率低的缺陷。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种提高碳链产率的方法，即首先对单壁碳纳米管进行高温热处理促进结构转化，再通过氧化处理制造缺陷，最后再进行高温退火处理。

作为本发明的一个优选实施方式，上述提高碳链产率的方法包括以下步骤：

S1、在惰性气体气氛或真空中对单壁碳纳米管进行高温热处理，在其内部形成新的小直径碳纳米管，得到双壁碳纳米管；

S2、在含氧气氛中对步骤S1的双壁碳纳米管进行氧化处理，使其表面氧化形成缺陷，得到表面具有缺陷的双壁碳纳米管；

S3、在惰性气体气氛或真空中对步骤S2的表面具有缺陷的双壁碳纳米管进行高温退火处理，使其在高温下重构，从而在其内部合成碳链。

优选地，所述单壁碳纳米管的直径为1.3-1.7nm。

优选地，步骤S1中，所述高温热处理的温度为1300-1400℃，时间为1-3h。

优选地，步骤S2中，所述氧化处理的温度为500-600℃，时间为20-60min。

优选地，步骤S3中，所述高温退火处理的温度为1500-1600℃，时间为1-3h。其中，高温退火处理的温度要高于高温热处理的温度。

本发明在高温退火合成碳链前，先进行高温热处理(增加结构转化)和氧化处理(制造缺陷)，将碳链的产率提高了3-10倍，从而克服了仅仅利用高温退火合成的碳链产率低的缺陷。

优选地，步骤S2中，所述含氧气氛中，氧气的体积含量为20％-100％。更优选地，所述含氧气氛为空气气氛。