【摘 要】
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碳纳米管（CNTs）是继石墨、金刚石和C60之后发现的又一碳的同素异形体。按照碳管的层数,可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。SWCNTs由于其结构独特,力学性能优异、电学性能可调控以及稳定性好等特点,在能量存储与转化、生物医学、微电子等许多前沿学科和高精尖领域中都得到了广泛应用。然而CNTs合成方法的不同会导致其性能各异。而且,多数合成方法均存在产量低的瓶颈,以致
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碳纳米管（CNTs）是继石墨、金刚石和C60之后发现的又一碳的同素异形体。按照碳管的层数,可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。SWCNTs由于其结构独特,力学性能优异、电学性能可调控以及稳定性好等特点,在能量存储与转化、生物医学、微电子等许多前沿学科和高精尖领域中都得到了广泛应用。然而CNTs合成方法的不同会导致其性能各异。而且,多数合成方法均存在产量低的瓶颈,以致制约着其应用发展。以甲烷为碳源的化学气相沉积（CVD）制备方法可实现较大规模的CNTs制备,有效提升其实际产能。研究发现,调整化学气相沉积过程中使用的催化剂,可以有效实现对SWCNTs质量与产量的双重调控。本文成功合成了 Fe-Mo双金属催化剂并将其成功应用于催化化学气相沉积（CCVD）制备出高质量与高产量的SWCNTs。具体内容如下:（1）在MgO模板的表面制备了一系列不同Fe-Mo负载比例的双金属催化剂,并且系统探究了 Fe-Mo/MgO催化剂中Fe-Mo 比例、焙烧温度和金属含量对SWCNTs生长的影响。通过TEM和H2-TPR以及拉曼光谱的表征,结果发现改变Fe-Mo比可以同时改变金属-载体相互作用和Fe的活性状态,从而影响SWCNTs的生长过程。而适宜的焙烧温度和金属含量,可以使金属-载体的相互作用适当,也可以稳定Fe金属的活性。这对SWCNTs的质量和产率都有重要的作用。在金属负载量为2.5%,Fe-Mo摩尔比为20:1和催化剂焙烧温度为650℃的条件下,该条件可以制备出杂质含量少,石墨化程度高（IG/ID高达31.1,纯度高达 99.1%）的 SWCNTs。（2）通过探究SWCNTs反应的温度、时间和气体组成对SWCNTs生长过程和产品品质的影响,总结三种反应条件的作用规律,建立SWCNTs生长的阿累尼乌斯方程,从SWCNTs的生长过程出发,证明其发挥作用的途径和效果,以实现对SWCNTs生长过程的调节。结果表明,2.5%Fe20Mo1/MgO-650催化剂在800～900℃反应,反应时间30 min,H2/CH4=（1:1）～（2:1）反应时可以获得碳杂质含量少、石墨化程度高（IG/ID高达43.1,碳产量达38%）的高质量与高产量SWCNTs。
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