碳纳米管以其特有的准一维管状结构，在未来的纳米电子学、纳米材料学、纳米力学及纳米生物学等方面具有广泛的应用背景。特别是碳纳米管有可能成为一种优异的储氢材料，在当今开发绿色能源的迫切需求下，对碳纳米管的制备及储氢性能研究具有显著的科学意义和应用价值。 本论文旨在探索在超临界二氧化碳体系中合成碳基纳米材料，并且通过对碳管进行各种预处理以图改善其储氢性能，详细内容归纳如下： 1．在超临界二氧化碳体系下，用单一碱金属如Li、Na和K制备各种碳基材料，包括碳纳米管、碳微球等。为了优化反应条件以利于规模化生产，我们引入双金属Li&K代替单金属作为还原剂，发现不仅可以进一步降低碳管和碳球的合成温度，还可以提高产物的结晶程度。对于双金属在反应中起的协同作用，我们根据实验结果提出了两步反应的机理。通过加入不同的添加剂，诸如C₁₀H₁₀Fe、NiC₂O₄等，可以改变碳管的形貌，如形成了螺旋型、竹节型和Y-型碳纳米管。我们还讨论了在超临界CO₂—碱金属体系中形成各种形态碳基纳米材料的反应机理，提出不同相态中发生了不同的反应，因而产物不同的生长模型。如在釜顶发生气—气反应，形成无定形碳；在超临界CO₂和液态碱金属界面之间，发生气—液反应，形成各种形态的碳纳米管和碳微球；在釜底被还原的碳原子进入到熔融的碱金属中，发生类似的溶解-结晶过程，当碳原子达到过饱和后析出，将形成石墨片，在满足特殊条件（如压力）的时候甚至可形成金刚石… 2．用草酸，二茂铁和金属钾在温和的温度（480～500℃）下合成了新颖的多边形碳纳米管，它的直径在60nm～200nm之间，长度约几个微米。这种多边形碳管的一个重要特征是，碳管的棱是结晶的，壁是非晶的，这点可以通过非球形的催化剂粒子在角、边和面处的催化活性不同来解释。我们提出了多边形碳管可能的生长模型—多边形的Fe₃O₄纳米颗粒作为衬底控制生长多边形碳管，它不同于一般的圆桶状碳管，通过石墨片卷曲而成。这种多边形结构的碳管与文献中提出的理论预期相符合，使我们能够从一个新的角度去认识碳纳米管的生长机理。今后我们可以利用非球形的纳米催化粒子作为衬底，大规模的合成