项目简介：   本项目所属科学技术领域为颗粒学与碳素材料科学交叉，其主要内容、特点如下：

碳纳米管具有优良的电、热及机械性能和潜在的广泛用途（构成复合增强、导电及吸波材料、场发射、吸附及膜材料等）。其批量制备是其应用研究及商业化应用的基础，属多学科交叉、跨尺度及强烈非线性过程的复杂课题，是国际学术前沿的研究热点。

本项目的主要贡献为：

第一层次是宏观创新路线，提出并实现了碳纳米管及纳米颗粒形成多级聚团，实现气固流态化的概念。通过冷模实验研究，分析纳米颗粒及碳纳米管聚团可流化机理，确定了碳纳管米聚团流化的操作特征与操作域。率先使纳米固相与流体相反应工程学进入工程应用阶段成为可行。

第二层次是通过组合创新理念与实践，设计和制备了具空间可拓展性的纳米催化剂，提供碳纳米管生长空间，实现"纳米催化剂聚团"向"碳纳米管聚团"的转变。进行碳源高温裂解工艺、催化剂活性及碳纳米管生长及流化等耦合过程的全过程控制及反应器放大，率先实现了15 kg/h碳纳米管批量制备技术。

第三层次创新是微观机制分析与控制理念，提出碳相杂质与缺陷的微观生成机制，为提高催化剂活性与热稳定性，提出利用原位碳层控制催化剂晶粒尺寸及双层变温流化床技术，建立了原位抑制及去除碳纳米管产品的杂质与降低其缺陷程度的方法。

最后的层次是创新的系统完善过程，发展了水相超声分散及高温真空等系列纯化技术，使碳纳米管纯度达99.9%。

所得碳纳米管量大质优且价格接近实用阶段。国际独立机构测评，其纯度高，缺陷少，导电性居国际领先水平，在高分子导电复合材料的应用有显著效果。本组向国内众多科研机构无偿提供大量样品，促进了我国纳米科研进程。

本项目共发表被SCI检索论文29篇，EI 论文29篇, SCI总引272次，SCI他引204次。其中10篇代表性论文被SCI总引164次，被SCI他引126次，获中国发明专利授权6项及日本授权PCT发明专利1项，一人获得2005全国优秀博士学位论文奖。

主要发现点：

（1) 研究纳米二氧化硅颗粒与碳纳米管的流化特性，在国际上率先发现本属于Geldart C类（难流化的）的纳米颗粒可形成链枝状结构的、直径为数十微米的二级或多级聚团，颗粒间作用力与聚团堆积密度显著降低，转变为Geldart A类颗粒聚团，具有高膨胀比的特性，可实现平稳流化，为纳米粉体的放大制备、可控输运及连续化操作创造了条件（学科：颗粒学，代表性论文3）。

(2) 根据催化剂裂解碳源生成碳纳米管的微观机制及纳米粉体流化的要求，提出反应器中控制催化剂聚团原位向碳纳米管聚团转变的模式。提出制备高纯度碳纳米管的催化剂需兼顾活性、晶粒度控制及适宜的金属与载体间结合力的要求，使催化剂聚团具有空间可拓展性，最终形成低密度、较大尺寸的、以催化剂为核相连接的碳纳米管聚团结构。设计并实现了满足上述要求的纳米铁系催化剂的放大制备。（学科：颗粒学，代表性论文4）。

(3) 提出适于批量制备高纯度碳纳米管的纳米聚团流化床的概念，研究证实纳米聚团流化床与固定床相比，制备的碳纳米管直径分布窄，微观缺陷少，碳纳米管聚团粒径可控且密度小，易流化，提出"流化床利于碳纳米管生长"的观点并完成了反应器放大研究，在国际上率先实现了15 kg/h的碳纳米管批量制备技术。（学科：颗粒学，碳素材料与超硬材料学,代表性论文1，2，4）。 ]

（4）研究了在化学气相沉积过程中碳纳米管形貌选择性的影响因素；利用使纳米催化剂故意中毒的方法，研究并提出了碳纳米管形成缺陷与石墨片杂质与缺陷的机制。（学科：碳素材料与超硬材料学,代表性论文6，8）。

(5) 为提高纳米金属催化剂的活性、高温热稳定性、寿命及碳纳米管的生长倍率与纯度，提出了利用多段变温流化床反应器技术控制催化剂在反应器的运动，以调变催化剂上碳的微观生成与扩散平衡的方法；及提出利用原位生成的纳米碳层限制催化剂晶粒烧结的方法。（学科：颗粒学，代表性论文5，9）。

(6) 为使缠绕状的碳纳米管实现单分散，发展了水相超声分散碳纳米管的方法；为得到超高纯度（>99.9%）碳纳米管，发展了高温真空处理碳纳米管的方法。（学科：碳素材料与超硬材料学,代表性论文7，10）。

主要完成人：

1.  魏飞

对本项目的发现点1,3及2中部分(代表性论文1，2，3，4)，即在研究纳米粉体的聚团流化现象，及提出利用纳米聚团流化床批量制备碳纳米管的技术路线的工作中做出了最重要的贡献。该项研究占其工作量的75%。

2.  骞伟中

对项目发现点4,5以及发现点2中的催化剂制备（代表性论文2，5，6，8，9）做出了最大贡献，即制备了高活性的催化剂，提出了碳纳米管中碳杂质生成的微观机制备，提出了利用时空尺度上变温技术来提高催化剂活性与热稳定性的方法。该研究占其工作量的80%。

3.  罗国华

对本项目中发现点2及3中的催化剂放大制备及纳米聚团床制备碳纳米管的反应器放大、流型控制及结构设计等工作（代表性论文2，4，5）做出了最重要的贡献，该研究占其工作量的75%。

4.  王垚

对本项目发现点1中的纳米粉体流化现象及机制研究及发现点6中的碳纳米管纯化工作（代表性论文1，3，7，10）做出了最重要的贡献，参与了发现点2中部分工作。该研究占其工作量的75%。

5.  余皓

对本项目中的发现点2及3中的利用多种碳源进行碳纳米管的制备的微观与宏观研究工作（代表性论文4）做出了最重要的贡献，对纳米聚团床的放大做出了突出贡献。该研究占其工作量的85%。

10篇代表性论文：

1.   The large-scale production of carbon nanotubes in a nano-agglomerate fluidized-bed reactor/ Chem Phys Lett

2.   Production of carbon nanotubes in a packed bed and a fluidized bed/ AIChE Journal

3.   Fluidization and agglomerate structure of SiO2 nanoparticles/ Powder Technology

4.   Agglomerated CNTs synthesized in a fluidized bed reactor: Agglomerate structure and formation mechanism/ Carbon

5.   Production of hydrogen and carbon nanotubes from methane decomposition in a two-stage fluidized bed reactor/ Appl Catal A-General

6.   What causes the carbon nanotubes collapse in a chemical vapor deposition process / J Chem Phys

7.   99.9% purity multi-walled carbon nanotubes by vacuum high-temperature annealing/Carbon

8.   Effect of nickel addition on the iron-alumina catalyst on the morphology of as-grown carbon nanotubes/ Carbo

9.   Qian, W.Z., et al. Carbon nanotubes containing iron and molybdenum particles as a catalyst for methane decomposition.／ Carbon

10.  A treatment method to give separated multi-walled carbon nanotubes with high purity, high crystallization and a large aspect ratio /Carbon