本文对碳纳米管的合成，纯化方法，生长机理和储氢性能等方面进行了研究： (1)将硝酸铁溶液与正硅酸乙酯混合，用溶胶-凝胶法制备出Fe/SiO2粉状物作为催化剂，用化学沉积法裂解乙炔制备出无序多壁碳纳米管。分别用SEM，TEM，XRD，TGA，低温N2吸附(BET)和EDS对碳纳米管进行了表征，以便对碳纳米管的生长机理，制备条件和纯化等方面进行分析。 (2)实验结果表明，反应温度，气体流量等环境因素对碳纳米管的产率和形貌有很重要的影响。反应温度过高或过低，碳纳米管的产率都很低。适合碳纳米管生长的温度范围是650℃～750℃。反应温度分别为600、700和800℃时，制备出碳纳米管的直径相应为12～20、15～25和33～66nm，即碳纳米管的直径随着反应温度的升高而增大。同时随着反应温度的提高碳纳米管的石墨化程度也有明显的提高。因此碳纳米管的直径、石墨化程度等结构特性可以用反应温度来加以控制。当N2流量分别为200mL/min，500mL/min和800mL/min时，碳纳米管的平均直径为20nm，36nm和82nm，即碳纳米管的直径随着N2流量的升高而增大。当N2流量增加到800mL/min时，还生成了大量的直径约为20～30nm的碳纳米球，没有通H2时制备不出碳纳米管。 (3)采用催化热解法制备的产物中除含有碳纳米管以外，还含有催化颗粒，二氧化硅载体，无定形碳(大多数包裹催化剂颗粒)和其它形式杂质。两步纯化方法(包括高温氧化和酸处理)，煅烧氧化时去除无定形碳和碳纳米颗粒而又至于破坏碳纳米管，酸处理可除去催化剂颗粒。 (4)讨论不同结构的碳纳米管的生长机制。部分裂解生成的碳原子在金属颗粒内部扩散进行成核生成，另一部分碳原子通过表面扩散直径形成碳纳米管壁。制备碳纳米管的过程中，发现有一些碳纳米管具有竹节状。碳从Fe催化剂颗粒中析出形成石墨片层后，在石墨片层内的应力作用下，石墨片层同Fe催化剂颗粒分离向上运动而形成竹节型结构碳纳米管。使用化学气相沉积方法可制备出螺旋状的碳纳米管，分析结果认为气凝胶独特的介孔性质是导致气凝胶样品所制备的碳管具有以上特点的根本原因，另外，还提出催化剂颗粒周边上催化活性的各向异性将导致螺旋碳管的生长。 (5)以N2在77K下的吸附等温线为基础，分别用BET方法和BJH方法计算了碳纳米管的比表面积和孔径分布，讨论了比表面积、孔径分布和吸附性能之间的关系。根据多壁碳纳米管的层数和直径估算比表面积，结果与表征结果相一致。 (6)按照容积法的原理建立了用于氢气吸附储存研究的吸附等温线测量实验装置。研究结果表明，酸处理和热处理对碳纳米管的储氢量有着明显的影响，经酸处理后的碳纳米管样品在10MPa，30℃下的饱和吸附量为1.90wt.％，而粗样品只有0.4wt.％，再经1200℃,N2气氛下热处理后的储氢量则达到了2.10wt％。球磨处理能使碳纳米管长度变短，管端口打开，缺陷增多，表面积增大，球磨处理12h的碳纳米管的吸附量从未球磨的1.60wt.％提高到2.55wt.％，这表明碳纳米管的球磨改性能明显提高碳纳米管的吸附量。同时碳纳米管的储氢量与其直径存有一定的比例关系，表明碳纳米管的直径对储氢量产生很大的影响。 (7)根据容量法在温度分别273K-300K时，压力升到10MPa的吸附等温线，采用Clausius-Clapeyron方法来计算碳纳米管吸附时的等量吸附热，碳纳米管的最大吸附热为-13.6kJ/mol。随着吸附量的增加，碳纳米管的吸附热有降低的趋势。