Влияние серы на выход и морфологию длинных углеродных нанотрубок
Хасков М.А.
1, Караева А.Р.
1, Митберг Э.Б.
1, Мордкович В.З.
11ФГБНУ "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Email: khaskov@tisnum.ru, karaevaar@tisnum.ru, mitbergeb@tisnum.ru, mordkovich@tisnum.ru
Поступила в редакцию: 18 октября 2024 г.
В окончательной редакции: 18 октября 2024 г.
Принята к печати: 18 октября 2024 г.
Выставление онлайн: 31 января 2025 г.
Изучено влияние серосодержащего активатора роста длинных углеродных нанотрубок на выход и морфологию получаемых продуктов синтеза при температуре 1150oС аэрозольным методом газофазного химического осаждения. Использованы различные концентрации серосодержащего активатора в реакционной смеси, где содержание серы варьировали в диапазоне 0.1-2.0 mass%. Продукты синтеза исследовали методами электронной микроскопии и термогравиметрии. Показано, что содержание серы существенно влияет как на выход, так и на морфологию получаемого продукта синтеза, а также на содержание остаточного катализатора. Выявлено, что при содержаниях серы от 0.1 до 0.5 mass% в продуктах синтеза превалируют длинные однонаправленные углеродные нанотрубки, а при содержании серы 0.5 mass% появляются еще изогнутые и Y-образные нанотрубки. При дальнейшем увеличении содержания серы в реакционной смеси доля длинных однонаправленных углеродных нанотрубок в продуктах синтеза уменьшается, появляются "оперенные нанотрубки", в том числе сфероидальные частицы. Использование 1.0 mass% и более серы в реакционной смеси приводит к полному прекращению роста углеродных нанотрубок с образованием наноразмерных кластеров аморфного углерода и графитоподобных частиц углерода. Полученные результаты позволили найти оптимум по содержанию серы в реакционной смеси для синтеза длинных углеродных нанотрубок с высоким выходом. Показано, что присутствие серы существенно влияет на характер взаимодействия углерода с поверхностью активной частицы катализатора, при этом ослабевает связь нанотрубок с железом, что благоприятно влияет на их рост. Ключевые слова: углеродные нанотрубки, нанокомпозиты, метод химического газофазного осаждения, электронная микроскопия, термический анализ, активатор роста, тиофен.
- S. Yang. Archit. Struct. Constr., 3 (3), 289 (2023). DOI: 10.1007/s44150-023-00090-z
- A.K. Jagadeesan, K. Thangavelu, V. Dhananjeyan. Publish with Intech Open, (2020). DOI: 10.5772/intechopen.92995
- S. Abdalla, F. Al-Marzouki, A.A. Al-Ghamdi, A. Abdel-Daiem. Nanoscale Res Lett., 10 (1), 358 (2015). https://doi.org/10.1186/s11671-015-1056-3
- M.F. De Volder, S.H. Tawfick, R.H. Baughman, A.J. Hart. Science, 339 (6119), 535 (2013). DOI: 10.1126/science.1222453
- E. Muchuweni, E.T. Mombeshora, B.S. Martincigh, V.O. Nyamori. Front. Chem., 9 (2022). DOI: 10.3389/fchem.2021.733552
- A. Venkataraman, V.A. Eberechukwu, Y. Chen, C. Papadopoulos. Nanoscale Res. Lett., 14 (1), 220 (2019). DOI: 10.1186/s11671-019-3046-3
- N. Gupta, S.M. Gupta, S.K. Sharma. Carbon Lett., 29, 419 (2019). DOI: 10.1007/s42823-019-00068-2
- R. Rao, C.L. Pint, A.E. Islam, R.S. Weatherup, S. Hofmann et al. ACS Nano, 12 (12), 11756 (2018). DOI: 10.1021/acsnano.8b06511
- M. Trivedi. Reecha. Chem. Sci. Rev. Lett., 9 (33), 1 (2020). DOI: 10.37273/chesci.CS20510188
- K. Cui, J. Chang, L. Feo, C.L. Chow, D. Lau. Front. Mater., 9 (2022). DOI: 10.3389/fmats.2022.861646
- D. Liu, L. Shi, Q. Dai, R. Mehmood, Z. Gu, L. Dai. Trend Chem., 6 (4), 186 (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.trechm.2024.02.002
- V.Z. Mordkovich, M.A. Khaskov, V.A. Naumova, V.V. De, B. Kulnitskiy, А.R. Karaeva. Compos. Sci., 7 (2), (2023). DOI: 10.3390/jcs7020079
- J. Chen, L. Yan. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 26 (11), 697 (2018). DOI: 10.1080/1536383X.2018.1476345
- Y.-L. Li, I.A. Kinloch, A.H. Windle. Science, 304, 276 (2004). DOI: 10.1126/science.1094982
- A.R. Karaeva, N.V. Kazennov, E.A. Zhukova, V.Z. Mordkovich. Mater. Today, 5 (12), 25951 (2018). DOI: 10.1016/j.matpr.2018.08.010
- B. Orban, T. Holtzl, Dalton Trans., 51, 9256 (2022). DOI: 10.1039/d2dt00355d
- D. Conroy, A. Moisala, S. Cardoso, A. Windle, J. Davidson. Chem. Eng. Sci., 65 (10), 2965 (2010). DOI: 10.1016/J.CES.2010.01.019
- D. Janas, K.K. Koziol. Nanoscale, 8 (47), 19475 (2016). DOI: 10.1039/c6nr07549e
- V. Reguero, B. Aleman, B. Mas, J.J. Vilatela. Chem. Mater., 26, 3550 (2014). DOI: 10.1021/cm501187x
- R.M. Sundaram, K.K. Koziol, A.H. Windle. Adv. Mater., 23 (43), 5064-8 (2011). DOI: 10.1002/adma.201102754
- S.-H. Lee, J. Park, H.-R. Kim, J. Lee, K.-H. Lee, RSC Adv., 5, 41894 (2015). DOI: 10.1039/C5RA04691B
- C. Hoecker, F. Smail, M. Pick, L. Weller, A.M. Boies. Sci. Rep., 7, 14519 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-14775-1
- М.А. Хасков, А.Р. Караева, В.Н. Денисов, Б.А. Кульницкий, В.З. Мордкович. Изв. вузов. Сер. хим. хим. технология, 56 (7), 76 (2013). [M.A. Khaskov, A.R. Karaeva, V.N. Denisov, B.A. Kultitskiy, V.Z. Mordkovich. Chem. Chem. Tech., 56 (7), 76 (2013).]
- A.R. Karaeva, M.A. Khaskov, E.B. Mitberg, B. Kulnitskiy, I.A. Perezhogin, L. Ivanov, V. Denisov, A. Kirichenko, V. Mordkovich. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct., 20 (4-7), 411 (2012). DOI: 10.1080/1536383X.2012.655229
- A.R. Karaeva, S.A. Urvanov, N.V. Kazennov, E. Mitberg, V. Mordkovich. Nanomaterials, 10 (11), 2279 (2020). DOI: 10.3390/nano10112279
- A. Bhattacharjee, A. Rooj, D. Roy, M. Roy. J. Exper. Phys., 2014, Article ID 513268 (2014). DOI: 10.1155/2014/513268
- S. Xian, Q. Xu, H. Li. ACS Omega, 8 (37), 33982 (2023). DOI: 10.1021/acsomega.3c04847
- М.А. Хасков. (2023). Изв. вузов. Сер. хим. хим. технология, 66 (10), 24 (2023). DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.1y [M.A. Khaskov. Chem. Chem. Tech., 66 (10), 24 (2023). DOI:10.6060/ivkkt.20236610.1y]
- H. Zhu, L. Ci, C. Xu, J. Liang, D. Wu. Diamond and Related Mater., 11 (7), 1349 (2002). DOI: 10.1016/S0925-9635(01)00745-2
- J.M. Romo-Herrera, B.G. Sumpter, D.A. Cullen, H. Terrones, E. Cruz-Silva, D.J. Smith, V. Meunier, M. Terrones. Angew. Chem. Int. Ed., 47 (16), 2948 (2008). DOI: 10.1002/anie.200705053