近日，沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實驗室研究員蘇黨生、張建等與浙江大學(xué)化學(xué)系肖豐收小組合作，首次通過離子交換及固相生長方式得到納米碳管宏觀聚集體，解決了納米碳管作為非金屬催化規(guī)模應(yīng)用中催化材料成型的關(guān)鍵性難題。相關(guān)成果發(fā)表在《應(yīng)用化學(xué)國際版》2012年第30期上。

    此前，蘇黨生團隊的有關(guān)研究成果表明，納米碳管可以在氧化脫氫、直接脫氫反應(yīng)中部分或完全替代傳統(tǒng)的金屬或金屬氧化物催化劑。但是，目前在催化領(lǐng)域中使用的商業(yè)納米碳管多為粉體結(jié)構(gòu)，存在諸多技術(shù)問題和安全隱患。如何獲得高質(zhì)量的納米碳管宏觀聚集體是制約其替代金屬或金屬氧化物催化劑商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵難題之一。

    批量制備多壁納米碳管大多采用化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝，在700℃～1100℃的高溫下使用金屬催化劑裂解烴類氣源并形成碳原子核，繼而在金屬表面有序組裝成空心管狀結(jié)構(gòu)。

    CVD工藝所得納米碳管一般為密度輕、結(jié)構(gòu)松散的粉末，洗滌、提純、干燥、成型等后續(xù)操作難度較大。此外，納米碳管粉體作為催化劑或催化載體使用時，粉末易在反應(yīng)器內(nèi)堆積，繼而堵塞床層空隙，阻礙物料流動及熱量擴散，給整個工藝流程帶來嚴(yán)重的安全隱患。使用活性炭、碳纖維、碳化硅等多孔材料負(fù)載納米碳管，可以適度提高堆密度，改善床層壓力分布，但負(fù)載的納米碳管與載體結(jié)合力較弱，容易脫落。

    蘇黨生等開發(fā)了一種離子交換樹脂小球固相生長碳納米管球體的方法，并將該方法制備的球體作為催化劑應(yīng)用于乙苯氧化脫氫反應(yīng)中。結(jié)果顯示，納米碳管小球比碳納米管粉體具有更高的催化活性和苯乙烯選擇性。該方法采用惰性的氮氣作為保護氣，避免使用易燃易爆的烷烴氣體，在400℃～800℃的溫度下即可得到石墨化程度良好、毫米尺度、堆密度質(zhì)量高的納米碳管小球，具有安全性高、能耗低的突出優(yōu)點。

    研究人員還詳細(xì)研究了納米碳管生長過程中鐵、碳元素的存在形式及變化規(guī)律，闡明了固相生長機理與氣相沉積生長機理的相似及不同之處，有助于加深對碳納米管生長過程中鐵與碳兩種元素之間作用本質(zhì)的理解。