在生产单壁碳纳米管（SWCNTs）的过程中，使用高纯氢（通常纯度≥99.999%）是基于其独特的化学性质和工艺需求，主要作用如下：
1. 去除催化剂表面杂质，激活催化活性单壁碳纳米管的生长依赖金属催化剂（如Fe、Co、Ni等）的活性。- 催化剂在制备或存放过程中，表面可能形成氧化层（如金属氧化物）或吸附其他杂质（如碳污染物），这些会降低催化活性。- 高纯氢在高温下可与氧化物反应（如FeO + H₂ → Fe + H₂O），还原出金属单质，恢复催化剂的活性位点；同时，氢可通过高温吹扫去除表面吸附的碳杂质，确保催化剂与碳源（如甲烷、乙炔）有效接触。
2. 调控碳纳米管的生长过程- 抑制无定形碳生成：碳源（如烃类）在高温下易分解产生无定形碳，沉积在催化剂表面会堵塞活性位点，终止碳纳米管生长。高纯氢可通过“刻蚀效应”（与无定形碳反应生成CH₄等气态产物）选择性去除无定形碳，而对结构稳定的碳纳米管影响较小，从而提高产物纯度。- 控制管径与结构：氢的浓度会影响碳源的分解速率和碳在催化剂中的扩散速率。适当比例的氢可调节碳的供给平衡，有助于生成管径均匀、结构完整的单壁碳纳米管。
3. 提供惰性/还原性气氛，保护产物与设备- 高纯氢可排除反应体系中的氧气（避免催化剂氧化和碳纳米管燃烧），同时防止空气中的杂质（如N₂、CO₂）干扰反应，确保产物的纯度和结构稳定性。
对于某些制备方法（如化学气相沉积法CVD），氢作为载气还可将碳源气体均匀输送至反应区，维持稳定的反应环境。综上，高纯氢在单壁碳纳米管生产中是激活催化剂、调控生长、提高产物质量的关键助剂，其纯度直接影响催化效率和最终产物的性能。