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本论文研究涉及两种碳一维纳米材料:纳米碳管及纳米碳纤维。纳米碳管的热导性与金刚石相仿,又具有独特的力学性质、大的长径比以及纳米尺度的中空孔道,在场发射、电极修饰、分子电子器件、探针显微镜针尖、复合材料的增强剂、气体储存、催化剂载体等众多领域具有许多潜在的应用前景。纳米碳纤维的直径介于纳米碳管和气相生长碳纤维之间,因此不仅具有气相生长碳纤维所具有的特性,而且在结构、性能和应用方面又与纳米碳管相似,具有更高的强度及模量、热稳定性、化学活性、导电性等特点,可望用在锂离子二次电池阳极材料、双电层电容器电极、高效吸附剂、结构增强材料等方面。由于纳米碳管和纳米碳纤维独特的性能和潜在的应用前景,它们是所有碳纳米材料中研究得最广泛最深入的两种。高纯度纳米碳管和纳米碳纤维的大量制备则是它们被广泛应用的前提。 本论文首先简要综述了纳米碳管和纳米碳纤维的新貌、结构、性能、制备方法及其生长机理。在此基础上,采用溶胶凝胶法在MgMoO4单相催化剂上掺杂适量的过渡金属钴,制备了Co/Mo/MgO催化剂。该催化剂能够高效地制备出高质量、高纯度的多壁纳米碳管。在反应2个小时后,制备的纳米碳管的量接近初始催化剂量的70多倍,而且本实验的结果容易重复。简单放大后,在半小时之内能制备约35倍于催化剂量的纳米碳管,其制备纳米碳管的效率要大大优于MgMoO4单相催化剂。 对Co/Mo/MgO催化剂的催化行为研究表明,反应气氛的比例对催化剂催化性能有较大影响,同时发现催化剂在碳管生长过程中有相变发生。在对实验数据和图表进行观察和分析的基础上提出了多壁纳米碳管束的生长机理,发现催化剂吸氢以后,还原的Co-Mo颗粒从催化剂体相析出并分散在载体表面形成多层Co-Mo纳米颗粒是导致纳米碳管成束的主要原因。充足的碳源以及Co-Mo二者的相互协同作用提高了碳原子在金属颗粒的融入析出速率应该是该催化剂具有高效率,生长出质量高的纳米碳管的原因。 此外,本论文采用沉淀法制备了生长纳米碳纤维的催化剂,在以乙炔为碳源,氢气为还原气体下采用气相沉积法生长出纳米碳纤维。根据实验结果分析可知,