在该论文中,我们首先概括性地介绍了纳米碳管及其相关的纳米碳结构如纳米多面体、碳包纳米金属颗粒(即碳胶囊)、纳米碳洋葱的结构、性质、应用和制备.为了满足不同需要而选择合适的纳米碳管生长条件,我们还系统地考察了各种因数如碳前驱体种类、载气种类、催化剂、沉积温度、载气和反应气流速等对化学气相沉积法制纳米碳管时的影响,为优化纳米碳管的生长条件奠定基础.把金属纳米颗粒包在石墨碳层之内不仅可以防止其氧化,而且还可以减少颗粒之间的磁耦合,被认为是潜在的下一代超高磁密度磁性记录材料.虽然改进电弧法已经能制备碳包铁磁性金属纳米颗粒,但是电弧法无法连续生产,难以放大生产规模,从商业化角度来看电弧法是不可取的.因此,我们尝试用CVD法制备高纯度、颗粒小的碳包纳米金属钴颗粒.纳米碳管一维的形貌特征决定了它可以用作催化剂载体而应用于多相催化中.我们选择环己醇脱氢为探针反应,评价了纳米碳管负载的钴催化剂的催化性能.与活性炭相比,可能由于纳米碳管的几何特征及吸氢性能,Co/CNT明显表现出不同于Co/AC的催化性能.在Co/CNT催化剂上含酸性中心少,不易生成环己烯,但较容易生成苯酚.载体的电子性质同样也影响其催化脱氢活性.可能由于纳米碳管的特殊导电性能,电子促进剂钾的促进作用在纳米碳管负载的Co催化剂上明显要比活性炭负载的Co催化剂强.用浸渍法制备纳米碳管负载型催化剂时存在一个缺点,活性金属比较难均匀地分散在碳管的疏水性表面,从而导致金属颗粒较大,聚集在一起.为了改善这一点,我们先把碳管用硝酸在高温下氧化,然后用来负载金属钴催化剂.我们用透射电镜详细地考察这种催化剂体系后发现,由于CVD法制备的碳管具有较多的拓扑缺陷,硝酸的氧化不仅在碳管表面引入极性的功能团如-COOH等,还对碳管表面进行一种结构上的修饰,即产生大量的新缺陷.正是由于这些极性功能团以及缺陷的存在导致钴与纳米碳管的相互作用增强,从而使钴在氧化后的纳米碳管表面处于较高的分散状态,同时具有较高的催化脱氢活性.