浮动催化剂化学气相沉积（FCCVD）是制备高质量单壁、双壁和多壁碳纳米管（CNTs）的重要技术之一。该方法具有处理简单、良好可控性好和可扩展性的特点。此外，通过简单地改变生长参数和收集方式，所合成的CNTs的块状形貌可以是海绵状、阵列状、薄膜状或纤维状，这有利于其更广泛的应用。尽管FCCVD控制合成CNTs已经取得了长足的进步。然而，生长的可重复性、均匀性、可控性和可扩展性仍然存在诸多挑战，这阻碍了所制备的CNTs的大规模应用。

基于此，中科院金属所成会明院士，刘畅研究员总结了FCCVD技术的优点和特点，综述了FCCVD技术在制备形貌和微结构可调的CNTs中的应用，以及其吸引人的特性和潜在的应用前景。进一步的，指出了目前FCCVD法制备的CNTs合成和应用中存在的关键问题，并提出了可能的解决方案和未来发展趋势。

文章要点

1）在典型的FCCVD工艺中，催化剂前体和碳源通过载气（氩气、氢气、氮气等）引入反应器的反应区，根据不同的合成参数，催化剂前体被分解形成纳米颗粒，催化生长单壁碳纳米管（SWCNTs）、双壁碳纳米管（DWCNTs）或多壁碳纳米管（MWCNTs）。作者首先总结了FCCVD参数优化的最新进展，如催化剂和生长促进剂的性质、碳源、载气以及生长温度。

2）FCCVD可以实现良好的生长参数的可调性，这使得其能够理想地控制CNTs的结构，包括壁数、直径、长度、束尺寸，甚至是导电性和手性的类型。因此，采用FCCVD可以在不同的生长条件下制备SWCNTs、DWCNTs和MWCNTs。作者重点总结了SWCNTs精细结构控制方面的研究进展。

3）CNT具有优异的物理和化学性能，被认为是一种优良的多功能材料。要实现实际应用，CNTs宏观结构（包括薄膜、纤维、阵列和海绵）的组装至关重要。目前，人们一直致力于通过原位和非原位技术来制备CNTs的宏观结构，以便将碳纳米管的固有性质从纳米尺度转换到宏观尺度。由于生长的CNTs在载流中流动，FCCVD在CNTs宏观结构的组装方面具有独特的优势。

4）如上所述，FCCVD技术在CNTs制备中显示出许多优点，如高质量、良好的可控性、连续加工和组装宏观结构的能力。因此在过去20年取得了显著进展，然而，其仍存在重大挑战，包括技术障碍和基本问题，包括：i）大规模生产；ii）可控生长机制；iii）SWCNTs的均匀性；iv）束大小和产量；v）大面积CNTs薄膜；vi）CNTs纤维。

参考文献

Peng-Xiang Hou, et al, Synthesis of Carbon Nanotubes by Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition and Their Applications, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202108541

https://doi.org/10.1002/adfm.202108541