CN101314466A - 碳纳米管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管的制备方法。该制备方法是以金属钠和卤代非芳香烃为原料，所述金属钠和卤代非芳香烃的摩尔比为1－5∶5－1，先将原料和反应溶剂置于反应釜中，所述卤代非芳香烃和反应溶剂的体积比为1－5∶20－1，然后通入保护气体，再将反应釜的中间管口处连接冷凝回流装置，最后接通冷凝水，在120－400℃下反应0.5－24小时，得到碳纳米管。本发明将在碳纳米管及相关产品(如锂离子电池等)的工业化生产中发挥重要作用，应用前景广阔。

Description

碳纳米管的制备方法

技术领域

本发明涉及碳纳米管的制备方法，特别是涉及一种化学合成碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotube)是1991年日本科学家Iijima在研究石墨电极间电弧放电时发现的一种新型碳结构，和常见的石墨、金刚石和无定形碳一样，碳纳米管是由碳元素构成的一种纳米碳材料。理想的纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯片层一般可以从一层到上百层，其中，含有一层石墨烯片层的称为单壁碳纳米管，含有多层石墨烯片层的则称为多壁碳纳米管。单壁碳纳米管的直径一般为1-3nm，最小直径约为0.5nm，与C₃₆分子的直径相当，其长度一般从几百纳米到几个微米，特殊情况下也能制备毫米级别的超长管。由于单壁碳纳米管的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。多壁碳纳米管的层间距约为0.34nm，直径一般在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长也可达数毫米。由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。

碳纳米管独特的结构特点给它带来了一系列新颖、特殊的性质，自从其被发现以来一直是科学家们研究的热点。首先，碳纳米管具有优异的力学性能，它的抗拉强度可达到50-200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6；此外，它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。同时，碳纳米管还可以作为力学增强材料同其它材料复合，所制得的复合材料具有超高的力学强度、弹性、抗疲劳性及许多其它优异性质。目前，研究最多的是碳纳米管增强的高分子材料，这种复合材料相对于原始高分子材料而言不仅力学性能大大提高，而且具有很好的导电性，对无线电波也有一定的屏蔽能力，可应用于国防军工领域制备抗静电涂层，雷达吸波材料，以及潜艇飞机的隐身材料。其中，使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强的陶瓷复合材料的强度则更高，韧性和抗冲击性能也十分优异。

其次，碳纳米管具有奇特的电学性质，金属型碳纳米管可以用作纳米尺度的导线，半导体型碳纳米管可用于制备场效应晶体管等纳电子器件。在半导体性质和金属性质的碳纳米管之间可以形成具有整流功能的异质结。研究人员制造了在单壁碳纳米管和碳化物之间的异质结构，该结构的界面大小是纳米量级的，代表了目前可以达到的最小的异质结，在未来的混合纳米器件中将会扮演重要角色。实验观察结果表明，碳纳米管上的点缺陷会导致碳纳米管局部呈肖特基势垒或异质结状况。利用这个特性可以制作尺度非常小的纳米电子器件。研究人员已经制出了室温下工作的单分子场效应晶体管，其增益和速度基本上由接触电阻决定。假如接触电阻减少到量于极限6hΩ，开关速度就可以达到10THZ。该器件的大小可以达到30纳米以下。还有科学家将自旋极化的电子从铁磁性物质中注入到多壁碳纳米管中，发现电子自旋的相关传输。这意味着碳纳米管极有可能发展成为实用的自旋电子器件。碳纳米管的电导是量子化的，其导电机理是弹道输运，不耗散热量。碳纳米管量子电导比典型的室温工作的量子电导的尺寸和稳定性高几个数量级，而且碳纳米管同很多分子相互作用后，其电学性质会发生变化，因而碳纳米管还可以用做检测这些分子的传感器。

在能源方面，碳纳米管所占的地位也愈显重要。首先，由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和空心结构，使其拥有很大的比表面积，比常用的吸附剂活性炭有更大的氢气吸附能力，因而非常适合用作储氢的材料。目前，氢气随已被普遍视为未来的清洁能源，但是，由于氢气密度低，压缩成液体储存十分不方便，因而限制了氢气的推广应用。碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，不仅可以作为储存氢气的优良容器，而且储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。适当加热，氢气就可以慢慢释放出来。研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。目前，碳纳米管储氢研究正处于起步阶段，储氢条件多为低温或高压，或兼而有之，储氢时间一般为几小时到十几小时。碳纳米管在储氢率方面有明显的优势，尤其是碳材料具有价格低廉，化学性能稳定，密度小的优势，因而碳纳米管在储氢方面的应用前景良好。另外，在电池方面，碳纳米管还可用作锂离子电池的阴极材料，多壁碳纳米管的层间距略大于石墨的层间距，这一特点非常有利于Li+的嵌入与迁出，实验结果表明用碳纳米管作阴极的锂离子电池的嵌Li+容量和充放电稳定性均比传统石墨基锂离子电池提高很多，因此，碳纳米管有望成为一种新型的锂离子电池材料。

此外，由于碳纳米管具有非常大的长径比，沿其管轴方向具有比较高的热导率，因此，碳纳米管也是优良的热导材料；同时，其垂直于管轴方向的热导率却很低，因此，还可将碳纳米管制成各向异性的导热材料。碳纳米管还具有优异的场发射性能，它的发射阀值低、发射电流密度大、稳定性高，可用于制作高性能平板显示器。韩国的三星电子公司已展示了用碳纳米管制造的平板显示器。碳纳米管较大的比表面积使其还可以作为优良的催化剂载体，吸附更多催化剂颗粒，从而使催化剂的活性和选择性极大获得大幅提高，将为工业生产带来巨大的经济效益。

综上所述，纳米碳管作为目前强度最高、直径最细的一维纳米碳材料，具有独特的力学、化学和电子学性能，可用作增强材料制备高强度复合材料，既有碳纤维材料的固有性质，又具有金属材料的导电和导热性、陶瓷材料的耐热和稳定性，纺织材料的柔软和编织性，以及高分子材料的易加工性，具有广泛的应用范围和极具潜力的应用前景。

目前，碳纳米管的生产方法主要有电弧法、激光烧蚀法和催化热解法，其它方法还有热解聚合物法、火焰法、离子辐射法、电解法、低温固体热解法和球磨法。

其中，电弧法是在惰性气体的保护下，将两根石墨电极间通以较大电流，两极间气体放电。1991年，Iijima就是在用电弧放电制备C₆₀时发现了碳纳米管。电弧法制备碳纳米管受以下几个条件的影响，分别是惰性气体种类，反应室压力，石墨电极中催化剂的成分和含量，电流的性质(直流或交流)，电压，电极的相对尺寸等等。电弧法制备碳纳米管，由于反应温度较高，所以碳管的石墨化程度较高，结构完整，直径分布均匀，但含有杂质较多，难于控制生长，而且产量较小，工艺复杂，耗能高，重现性比较差，无法进行大规模的工业生产。

激光烧蚀法是通过强激光束蒸发石墨靶制备碳纳米管。激光蒸发法与电弧法同样存在耗能高，无法进行大规模工业化应用的缺点。

按照加入催化剂的方式，可将催化热解法分为基体法、喷淋法和流动催化法，催化剂一般采用Fe、Co、Ni或其组合。基体法是将催化剂承载在基体上，然后通入碳源气体使之分解，基体法分解碳源一般采用化学气相沉积法，这种方法可以制备出纯度较高的碳管，而且可以实现碳管的可控生长。另外，沸腾床法是使原料气体流过气体分布板，活化的催化剂一直在运动，相互间距离远大于固定的基板，像在沸腾一样。喷淋法是将催化剂溶解于液体碳源中，使反应炉的温度达到生长温度，然后再将溶有催化剂的碳源喷洒到炉内。流动催化法是将气态的催化剂前驱体同碳源气体一同引入反应室，在不同温区完成前驱体和碳源气体的分解。催化热解法单位时间内的产量很高，而且都具有很好的工业化前景。化学气相沉积法虽然可以进行工业化生产，但是其产量远不能满足大规模工业化应用的要求，而且制得的碳纳米管往往含有无定形碳和催化剂颗粒等杂质，这些杂质难以通过提纯完全除去，因而限制了它的应用范围。

另外，近年来有人通过溶剂热的方法在较低的温度下制得了碳纳米管。但是，碳纳米管的转化率很低，且含有大量的催化剂颗粒，反应还需要高压容器，对仪器设备的要求很高，不适于大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、成本低廉、转化效率较高的制备碳纳米管的方法。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种制备碳纳米管的方法，是以金属钠和卤代非芳香烃为原料，所述金属钠和卤代非芳香烃的摩尔比为1-5∶5-1，先将原料和反应溶剂置于反应釜中，所述卤代非芳香烃和反应溶剂的体积比为1-5∶20-1，然后通入保护气体，排除反应体系内的氧气，再将反应釜的中间管口处(反应液面的上方)连接冷凝回流装置，使之与反应釜内部连通，最后接通冷凝水，在120-400℃下反应0.5-24小时，得到碳纳米管。

在上述碳纳米管的制备方法中，所述卤代非芳香烃的选择是广泛的，如四氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯、四溴乙烯、三溴乙烯或二溴乙烯等，优选为四氯乙烯。

所述反应溶剂的选择也是多种多样的，只要是与原料钠及卤代非芳香烃不发生反应且沸点高于120℃的溶剂均可，如长链烷烃、醚类或缩醛类溶剂等，具体来讲可为石蜡油、二苯醚、苯甲醚、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷或十七烷等。

所述反应釜要求与钠及卤代非芳香烃均不发生反应，且能够耐受反应温度。

所述保护气体的选择也是广泛的，所有不与钠、卤代非芳香烃和反应溶剂反应的气体均可作为反应保护气，如氮气、氩气或氦气等。

所述冷凝回流装置要求与卤代非芳香烃不发生反应且不溶于所用的反应溶剂，且能够将卤代非芳香烃和反应溶剂冷却到沸点以下的温度。

所述反应温度可根据反应溶剂进行设定，在120-400℃的温度范围内均可合成碳纳米管，且温度越高，反应速度越快。为提高合成效率，最好在1-240min内将温度提高到所需的反应温度。

为获得纯度更高的碳纳米管，所述制备方法中还包括对合成的碳纳米管进行纯化的步骤，以去除合成的碳纳米管中所含有的反应溶剂以及未反应的钠等杂质，所述纯化方法可包括以下步骤：

1)将合成的碳纳米管与可与金属钠反应的试剂混合，通过化学反应除去残余的少量钠；

2)用可与反应溶剂互溶的有机溶剂对步骤1)获得的洗碳纳米管进行洗涤，以除去残余的反应溶剂；

3)用去离子水对步骤2)获得的碳纳米管进行洗涤，以除去残余的NaCl；

4)烘干，得到经纯化的碳纳米管。

在上述纯化方法中，步骤1)中可与金属钠反应的试剂可为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇等。

步骤2)中的有机溶剂可为石油醚、环己烷、己烷、戊烷、庚烷、乙醇、异丙醇、***、四氢呋喃、DMF、甲醇、丙醇、丙酮、氯仿或甲苯等。

用上述方法制备的碳纳米管也是本发明要保护的。

本发明提供了一种制备碳纳米管的方法。与制备碳纳米管的常规方法(如电弧法、激光蒸发法和催化热解等)相比，本发明的碳纳米管的制备具有以下优点：

1.设备简单，容易操作，生产步骤少，易于进行大规模工业化生产；

2.原料成本低廉，溶剂可以循环利用；

3.产率较高(65％以上)，且产物中金属杂质较少，易于提纯；

4.反应温度低，且在常压下即可进行制备，能耗低；

5.合成的碳纳米管具有较大的比表面积；

6.作为催化剂载体及电极用的碳纳米管往往需要碳纳米管具有较多的缺陷，而用本发明方法制得的碳纳米管本身已经具有较多缺陷，因此无需对其进行氧化处理，即可用作催化剂载体或电极材料；

7.碳纳米管的层间距比石墨层间距稍大，有利于离子的嵌入和移出。

基于上述优点，本发明将在碳纳米管及相关产品(如锂离子电池等)的工业化生产中发挥重要作用，应用前景广阔。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为制备碳纳米管的实验装置的结构示意图

图2A和图2B为用本发明方法制备的碳纳米管的TEM表征检测结果

图3为用本发明方法制备的碳纳米管的HRTEM表征检测结果

图4为用本发明方法制备的碳纳米管的Raman光谱检测结果

图5为用本发明方法制备的碳纳米管的红外光谱检测结果

图6为用本发明方法制备的碳纳米管的TGA表征检测结果

图7为用本发明方法制备的碳纳米管的XRD表征检测结果

具体实施方式

下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

实施例1、制备碳纳米管

采用如图1所示的常规的实验装置制备碳纳米管，该装置包括：磨口三口瓶(250mL，反应釜(反应釜要求与钠及卤代非芳香烃均不发生反应，且能够耐受反应温度))、球形冷凝器、电加热套、高纯氮气钢瓶(提供氮气)、毛细玻璃管，温度计套管、橡皮管和温度计(0-400℃)。

用本发明的方法制备碳纳米管，具体方法包括以下步骤：

1、碳纳米管的合成

先在烘箱中烘干的磨口三口瓶中加入50mL石蜡油，擦干金属钠表面的杂质，然后放在表面皿上用天平称取6.0g钠，将其切成小块后放入三口瓶中，加入四氯乙烯4.0mL，搅拌均匀；然后将温度计与温度计套管连接好，塞到三口瓶侧边的一个瓶口上，温度计底端的小球刚好进入到反应液液面以下，将球形冷凝器与橡皮管一端连接，橡皮管另一端与三口瓶中间的瓶口连接，再将带有塞子的通气管的一端连接到三口瓶剩余的一个瓶口，将通气管另一端与氮气瓶连接，打开氮气瓶减压阀，通入小流量作为保护气体的N₂ 5min，将体系中的O₂赶出；随后，接通与磨口三口瓶连接的球形冷凝器的冷却水，用电加热套对三口瓶开始加热，40min后加热至250℃(通过控制电加热套的功率对温度进行调控)，维持此温度反应2小时后停止反应，得到碳纳米管。反应过程中可以观察到三口瓶中的液体颜色由原来的透明逐渐变加深至变为黑色，瓶中液体也逐渐变浑浊，最终会发现三口瓶中有大量的黑色固体物质生成，这些黑色物质即为碳纳米管。

2、碳纳米管的纯化

步骤1制备的碳纳米管中含有反应溶剂以及未反应的钠等杂质，因此，为提高碳纳米管的纯度，还需对其进行纯化，具体方法包括以下步骤：

1)冷却，向三口瓶中加入乙醇，通过化学反应除去残留的少量金属钠，待无气泡放出时，表明未反应的钠已经被完全除去；

2)通过倾析方法将溶剂与固体物质(碳纳米管)分离，再用石油醚(60-90)对固体物质进行洗涤，重复3次，每次30分钟(3分钟-48小时均可)，以除去残余的反应溶剂石蜡油；

3)再用去离子水对固体物质进行洗涤，重复3次，每次10分钟(3分钟-48小时均可)，以除去残余的NaCl；

4)在100℃的烘箱中将黑色的固体物质烘干，得到经纯化的碳纳米管。

经检测，用上述方法合成的碳纳米管的产率约为65％。

实施例2、制备碳纳米管

用与实施例1相同的实验装置制备碳纳米管，具体制备方法包括以下步骤：

1、碳纳米管的合成

先在烘箱中烘干的磨口三口瓶中加入50mL二苯醚，擦干金属钠表面的杂质，然后放在表面皿上用天平称取6.0g钠，将其切成小块后放入三口瓶中，加入三氯乙烯10mL，搅拌均匀；打开氦气瓶减压阀，通入小流量氦气5min，随后，接通与磨口三口瓶连接的球形冷凝器的冷却水，用电加热套对三口瓶开始加热，20min后加热至140℃，维持此温度反应10小时后停止反应，得到碳纳米管。

2、碳纳米管的纯化

步骤1制备的碳纳米管中含有反应溶剂以及未反应的钠等杂质，因此，为提高碳纳米管的纯度，还需对其进行纯化，具体方法包括以下步骤：

1)冷却，向三口瓶中加入丙醇，通过化学反应除去残留的少量金属钠，待无气泡放出时，表明未反应的钠已经被完全除去；

2)通过倾析方法将溶剂与固体物质(碳纳米管)分离，再用丙酮(丙酮可回收重复利用)对固体物质进行洗涤，重复2次，每次60分钟(3分钟-24小时均可)，以除去残余的反应溶剂二苯醚；

3)再用去离子水对固体物质进行洗涤，重复3次，每次10分钟(3分钟-24小时均可)，以除去残余的NaCl；

4)在100℃的烘箱中将黑色的固体物质烘干，得到经纯化的碳纳米管。

经检测，用上述方法合成的碳纳米管的产率约为75％。

实施例3、制备碳纳米管

用与实施例1相同的实验装置制备碳纳米管，具体制备方法包括以下步骤：

1、碳纳米管的合成

先在烘箱中烘干的磨口三口瓶中加入50mL苯甲醚，擦干金属钠表面的杂质，然后放在表面皿上用天平称取6.0g钠，将其切成小块后放入三口瓶中，加入四溴乙烯15mL，搅拌均匀；打开氩气瓶减压阀，通入小流量氩气5min，随后，接通与磨口三口瓶连接的球形冷凝器的冷却水，用电加热套对三口瓶开始加热，80min后加热至350℃，维持此温度反应0.5小时后停止反应，得到碳纳米管。

2、碳纳米管的纯化

步骤1制备的碳纳米管中含有反应溶剂以及未反应的钠等杂质，因此，为提高碳纳米管的纯度，还需对其进行纯化，具体方法包括以下步骤：

1)冷却，向三口瓶中加入异丙醇，通过化学反应除去残留的少量金属钠，待无气泡放出时，表明未反应的钠已经被完全除去；

2)通过倾析方法将溶剂与固体物质(碳纳米管)分离，再用四氢呋喃(四氢呋喃可回收重复利用)对固体物质进行洗涤，重复3次，每次10分钟，以除去残余的反应溶剂苯甲醚；

3)再用去离子水对固体物质进行洗涤，重复2次，每次15分钟，以除去残余的NaCl；

4)在100℃的烘箱中将黑色的固体物质烘干，得到经纯化的碳纳米管。

经检测，用上述方法合成的碳纳米管的产率约为70％。

实施例4、制备碳纳米管

用与实施例1相同的实验装置制备碳纳米管，具体制备方法包括以下步骤：

1、碳纳米管的合成

先在烘箱中烘干的磨口三口瓶中加入50mL十六烷，擦干金属钠表面的杂质，然后放在表面皿上用天平称取6.0g钠，将其切成小块后放入三口瓶中，加入三溴乙烯25mL，搅拌均匀；打开氦气瓶减压阀，通入小流量氦气5min，随后，接通与磨口三口瓶连接的球形冷凝器的冷却水，用电加热套对三口瓶开始加热，120min后加热至400℃，维持此温度反应4小时后停止反应，得到碳纳米管。

2、碳纳米管的纯化

步骤1制备的碳纳米管中含有反应溶剂以及未反应的钠等杂质，因此，为提高碳纳米管的纯度，还需对其进行纯化，具体方法包括以下步骤：

1)冷却，向三口瓶中加入甲醇，通过化学反应除去残留的少量金属钠，待无气泡放出时，表明未反应的钠已经被完全除去；

2)通过倾析方法将溶剂与固体物质(碳纳米管)分离，再用庚烷(庚烷可回收重复利用)对固体物质进行洗涤，重复3次，每次5分钟，以除去残余的反应溶剂十六烷；

3)再用去离子水对固体物质进行洗涤，重复3次，每次5分钟，以除去残余的NaCl；

4)在100℃的烘箱中将黑色的固体物质烘干，得到经纯化的碳纳米管。

经检测，用上述方法合成的碳纳米管的产率约为73％。

实施例5、碳纳米管的检测

用下述方法对实施例1-4用本发明方法制备的碳纳米管进行检测：

一、TEM表征检测

对实施例1-3制备的碳纳米管进行透射电子显微镜(TEM)表征检测，方法为；取少量碳纳米管黑色粉末，在无水乙醇中超声分散，然后取1-2滴滴到铜网方华膜上，然后用透射电子显微镜(JEOL-100CX)观察所制备的碳纳米管的管状纳米结构。用本发明方法制备的碳纳米管的透射电子显微镜照片如图2A(比例：588nm)和图2B(比例：100nm)所示，可以看出，用本发明方法制备的碳纳米管为中空管状结构，管径约为10-20nm，直径分布较窄，长度最长可达几百微米。

二、HRTEM表征检测

对实施例1-4制备的碳纳米管进行高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征检测，方法为；取少量碳纳米管黑色粉末，在无水乙醇中超声分散后，取1-2滴滴到微栅上，然后用高分辨透射电子显微镜(H9000)观察所制备的碳纳米管的管状纳米结构。用本发明方法制备的碳纳米管的高分辨透射电子显微镜照片如图3所示，可以看出，用本发明方法制备的碳纳米管的管壁结构不完整，管壁厚度为1.5-3.0nm。

三、Raman光谱检测

对实施例1-4制备的碳纳米管进行Raman光谱检测(Renishaw 1000，激发波长632.8nm)，检测结果如图4所示(横坐标为Raman位移，纵坐标为Raman强度)，可以看出，在1334.4cm^-1和1582.7cm^-1两个位置分别存在一个强峰，其中，在1582.7cm^-1附近的强锋说明碳纳米管中石墨结构的存在，在1334.4cm^-1附近的强锋说明碳纳米管中含有较多缺陷。

四、红外光谱(IR)检测

采用KBr压片的方法对实施例1-4制备的碳纳米管进行红外光谱(IR)检测，检测结果如图5所示(横坐标为波数，纵坐标为透过率)，将该图与纯净的多壁碳纳米管样品(购自深圳纳米港)的红外光谱图进行比较，结果几乎没有区别，且在1600cm^-1附近有一个很强的吸收峰，充分说明用本发明方法制备的碳纳米管中存在石墨烯结构。

五、BET比表面测试

采用N₂做为吸附气体，对实施例1-4制备的碳纳米管进行BET比表面测试(ASAP2010)。结果比表面平均为496m²/g，说明用本发明方法制备的碳纳米管具有比较大的比表面。

六、TGA表征检测

以10℃/min的加热速度在空气流中对实施例1-3制备的碳纳米管进行TGA表征检测(Thermal Analysis公司SDT2960)。检测结果如图6所示(横坐标为温度，纵坐标为失重率)，可以看出，用本发明方法制备的碳纳米管在空气中的分解温度约为370℃，在约480℃时的失重率为100％，说明用本发明方法制备的碳纳米管具有一定的热稳定性。

七、ICP表征的钠含量

测定实施例1-4制备的碳纳米管的含钠量，具体方法为：将0.122g碳纳米管用20mL优级纯浓硝酸(购自北京化学试剂公司)消解，然后加2％(体积/体积百分比浓度)硝酸定容至50mL，用等离子体发射光谱仪(ICP，型号为S4-Explorer)测定含钠量。结果含钠量平均为9.83μg/mL，计算得到本发明方法制备的碳纳米管中钠的质量百分比含量平均为0.4％，表明产物中钠元素的含量较低，获得了纯度较高的碳纳米管。

八、XRD表征检测

对实施例1-4制备的碳纳米管进行X射线衍射(XRD，射线衍射仪的型号DMAX-2400)表征检测。检测结果如图7所示(横坐标为2θ，纵坐标为强度)，主峰为位于约21.0℃的宽峰，经计算得出用本发明方法制备的碳纳米管的层间距比石墨层间距大约大0.085nm，有利于离子的嵌入和移出。

Claims (10)

1、一种制备碳纳米管的方法，是以金属钠和卤代非芳香烃为原料，所述金属钠和卤代非芳香烃的摩尔比为1-5∶5-1，先将原料和反应溶剂置于反应釜中，所述卤代非芳香烃和反应溶剂的体积比为1-5∶20-1，然后通入保护气体，再将反应釜的中间管口处连接冷凝回流装置，最后接通冷凝水，在120-400℃下反应0.5-24小时，得到碳纳米管。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述卤代非芳香烃为四氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯、四溴乙烯、三溴乙烯或二溴乙烯。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应溶剂为长链烷烃、醚类或缩醛类溶剂。

4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述反应溶剂为石蜡油、二苯醚、苯甲醚、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷或十七烷。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述保护气体为氮气、氩气或氦气。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在1-240min内将反应温度升高至120-400℃。

7、根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管的制备方法中还包括对合成的碳纳米管进行纯化的步骤，所述纯化方法包括以下步骤：

1)将合成的碳纳米管与可与金属钠反应的试剂混合；

2)用可与反应溶剂互溶的有机溶剂对步骤1)获得的洗碳纳米管进行洗涤；

3)用去离子水对步骤2)获得的碳纳米管进行洗涤；

4)烘干，得到经纯化的碳纳米管。

8、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在所述纯化方法中，步骤1)中可与金属钠反应的试剂为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。

9、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在所述纯化方法中，步骤2)中可与反应溶剂互溶的有机溶剂为石油醚、环己烷、己烷、戊烷、庚烷、乙醇、异丙醇、***、四氢呋喃、DMF、甲醇、丙醇、丙酮、氯仿或甲苯。

10、用权利要求1-9任一项所述方法制备的碳纳米管。

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