真空冷凍幹燥技術在碳納米管催化劑中的應用

碳納米管催化劑凍幹是一種將碳納米管與(yu) 催化劑通過凍幹技術進行處理的方法。是將含有碳納米管催化劑的溶液或懸浮液在低溫下冷凍成固體(ti) ，然後在真空條件下使冰直接升華變成氣態，從(cong) 而去除水分或溶劑，得到幹燥的碳納米管催化劑。

1991年，日本NEC公司基礎研究實驗室的電子顯微鏡專(zhuan) 家Iijima在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設備中產(chan) 生的球狀碳分子時，意外發現了由管狀的同軸納米管組成的碳分子。雖然之前就已經有人製備並觀察過碳納米管，但 Iijima的這一發現還是在碳化學領域產(chan) 生了重大影響。通過把碳納米管推廣，使其為(wei) 世人熟知，推動了科研的進步及科技的發展。

一、單壁碳納米管

隨著更多的科研工作者投入了對碳納米管的研究，碳納米管的優(you) 異性能被一一發現，應用領域越來越廣闊，同時碳納米管的製備技術也在不斷完善。特別是1993年單壁碳納米管同樣由石墨電弧法合成，單壁碳納米管的發現進一步推動了碳納米管研究領域的發展。

單壁碳納米管的結構特點決(jue) 定了它具有性能，是多壁碳納米管所不能企及的，但同時其製備方法也相應更加困難，生長條件比多壁碳納米管更加苛刻，例如要求催化劑的粒徑更小，反應溫度更高。

二、碳納米管的製備方法

碳納米管的製備方法主要有石墨電弧法、激光蒸發法、化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD法）等。相比之下，石墨電弧法和激光蒸發法獲得的碳納米管產(chan) 物純度和晶化程度比較高，管徑小而且比較均勻，缺陷少，但美中不足是其產(chan) 量比較低，且製備成本昂貴。而CVD法是實現工業(ye) 化大批量生產(chan) 碳納米管的有效方法，但由於(yu) 生長溫度比較低，碳納米管中通常含有較多的結構缺陷，並伴有較多的雜質。

用CVD法製備碳納米管的關(guan) 鍵是催化劑的製備和選擇，催化劑作為(wei) 碳源分解活性中心以及石墨碳沉積中心，對裂解產(chan) 物的形貌和結構起著至關(guan) 重要的作用。催化劑同時也是碳納米管生長的成核中心和能量輸運者，它的選取、製備以及載體(ti) 的選取也將對碳納米管的成核、生長速率、密度、分離、純化等有很大影響，將導致碳納米管具有不同的形貌和結構，是碳納米管製備中的重要影響因素。因此，製備高催化活性和高選擇性的催化劑，就成為(wei) CVD法能否批量生產(chan) 高純度碳納米管的關(guan) 鍵。

三、碳納米管催化劑凍幹的優(you) 勢

保持催化劑活性和結構：傳(chuan) 統的幹燥方法如熱風幹燥等可能會(hui) 因高溫導致催化劑活性成分熱解或結構改變，而凍幹過程在低溫低壓下進行，能有效避免這些問題，保持催化劑的活性位點和結構完整性，確保其高活性和選擇性。

維持催化劑形貌和分散性：碳納米管具有較大的比表麵積和特殊的形貌結構，在幹燥過程中容易發生團聚。凍幹技術可以使樣品迅速冷凍，水分以冰晶的形式存在於(yu) 物質內(nei) 部，再通過升華去除水分，從(cong) 而有效避免顆粒間的接觸和團聚，維持碳納米管催化劑的原有形貌和分散狀態。

提高催化劑穩定性：凍幹後的碳納米管催化劑具有較低的含水率，不易受環境濕度和溫度變化的影響，在儲(chu) 存和運輸過程中更加穩定，可有效延長其使用壽命。

四、富睿捷凍幹實驗室

實驗樣本：催化劑

實驗目的：去除所有溶劑，凍幹成粉末

實驗設備：富睿捷米兰免费网站大全下载Venus2501（冷阱-55℃，適用於(yu) 水溶劑凍幹）、Venus2502（冷阱-90℃，適用於(yu) 有機溶劑凍幹）

實驗過程：

1.打開凍幹機預冷。

2.將樣品分裝到西林瓶內(nei) ，樣品體(ti) 積最好不要超過2/3。放置於(yu) 超低溫冰箱內(nei) ，預凍5h。

3.預凍完成後將樣品分別 放置於(yu) Venus2501、Venus2502凍幹倉(cang) 隔板上。啟動真空泵，升華時間持續36h，真空度為(wei) 3Pa。

4.凍幹結束後，釋壓取出凍幹好的樣品，儲(chu) 存或者進行後續實驗。

實驗結果：

凍幹前後對比圖