Ученые Сколтеха обнаружили, что добавление газообразного водорода в реакционную камеру вместе с окисью углерода позволяет почти утроить выход углеродных нанотрубок по сравнению с использованием других стимуляторов роста, не ухудшая их качество.
Одностенные углеродные нанотрубки представляют собой форму углерода, где листы атомов графена свернуты в полые цилиндры. Они отличаются по длине, диаметру и хиральности, что влияет на их свойства, включая электропроводность. Эти нанотрубки могут быть произведены в виде порошка, тонких пленок, волокон и других форм, в зависимости от их предполагаемого применения.
Благодаря своим уникальным механическим, электрическим, оптическим и термическим свойствам, одностенные углеродные нанотрубки находят применение в различных технологиях и продуктах. Они используются в автомобильных шинах для повышения прочности и устойчивости к разрыву, а также в композитных материалах для лопастей ветряных турбин. Гибкие сенсорные экраны и компоненты литий-ионных аккумуляторов также могут быть улучшены с помощью этих нанотрубок. Однако основное применение одностенных углеродных нанотрубок в виде тонких пленок связано с электроникой и оптикой.
В новом методе в высокотемпературную среду вводятся газовые потоки источника углерода (углеродного сырья для выращивания нанотрубок, такого как углеводороды, окись углерода, этанол и т. д.) и предшественника катализатора (как правило, предшественника наночастиц железа — например, ферроцена).
Высокая температура разлагает прекурсор на каталитические наночастицы с последующим разложением источника углерода и осаждением углерода на их поверхности, образованием фуллереновой полусферической шапки и ростом нанотрубок. На выходе из реактора нанотрубки фильтруются одновременно, образуя на поверхности фильтра «2D» сетку — тонкую пленку ОУНТ.
«Существующие решения не смогли существенно повысить производительность синтеза на основе CO. Для диоксида углерода характерно дву-, трехкратное увеличение выхода, а добавление серы оказалось неэффективным для процесса на основе CO», — прокомментировал Илья Новиков, основной автор издания, недавно защитивший кандидатскую диссертацию по синтезу нанотрубок в Сколтехе. «Мы рассматривали водород как возможный эффективный стимулятор роста. В предыдущих работах было обнаружено, что его введение в атмосферу CO может вызвать дополнительную реакцию с образованием углерода в дополнение к реакции Будуара — гидрирование CO. Мы пришли к выводу, что это может сработать и в нашем случае».
После тщательного исследования влияния водорода на выход синтеза ОСУНТ, а также свойства продукта нанотрубок, авторы обнаружили 15-кратное увеличение производительности синтеза при концентрации газообразного водорода 10% объёма без ухудшения структурных свойств и эксплуатационных характеристик пленок нанотрубок.
«Изучив механизмы роста нанотрубок методами оптической спектроскопии и электронной микроскопии, а также проведя детальное изучение термодинамики процесса, мы пришли к выводу, что гидрирование монооксида углерода действительно ответственно за такой замечательный эффект», - сказал профессор Альберт Насибулин, руководитель лаборатории наноматериалов Сколтеха.
Источник:
Илья В. Новиков и др., Ускорение синтеза одностенных углеродных нанотрубок на основе CO с водородом (Ilya V. Novikov et al, Boosting CO-based synthesis of single-walled carbon nanotubes with hydrogen), Chemical Engineering Journal (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.146527
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
