ОСОБЕННОСТИ ОЧИСТКИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ОТ ПРИМЕСЕЙ ПОСЛЕ ИХ СИНТЕЗА
Аннотация
Исследовано влияние многостадийной жидкофазной химической обработки углеродных нанотрубок, полученных парогазовым синтезом (СVD-методом), на количественный и качественный составы их массивов, а также состояние их структуры в целях выбора оптимальных условий очистки этого материала от примесей. Синтез углеродных нанотрубок был осуществлен с использованием катализатора на основе оксидов железа и молибдена, нанесенного на мелкодисперсный оксид алюминия, и метана в качестве углеродного реагента. Воздействия химических реагентов на степень очистки и состояние структуры стенок углеродных нанотрубок было изучено на всех стадиях многостадийной химической обработки полученного материала. Полный цикл очистки синтезированных углеродных нанотрубок от сопутствующих примесей включал методы, применяющие концентрированные водные растворы таких химических веществ, как соляная кислота (концентрация 11,5М), перекись водорода (концентрация 8,8М), азотная кислота (концентрация 15М). Изменения качественных и количественных составов, структурных характеристик материалов, полученных поэтапно при проведении многостадийного использованного способа чистки углеродных нанотрубок от примесей, исследованы при помощи таких физико-химических методов, как рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния света, просвечивающая электронная микроскопия. Установлено, что для эффективной очистки углеродных нанотрубок, которые являются малостенными нанотрубками, необходимо осуществлять последовательную обработку материала-сырца растворами соляной кислоты и перекиси водорода. Позитивное влияние на качество очистки синтезированных СVD-методом малостенных углеродных нанотрубок оказывает финишная обработка раствором азотной кислоты. При этом необходимо оптимизировать длительность предварительно проводимой стадии, использующей раствор перекиси водорода, для предотвращения деструктивного воздействия азотной кислоты на структуру углеродных нанотрубок.
Для цитирования:
Табулина Л.В., Русальская Т.Г., Шулицкий Б.Г., Шаман Ю.П., Комиссаров И.В., Кароза А.Г. Особенности очистки углеродных нанотрубок от примесей после их синтеза. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 6. С. 89-94.
Литература
Yao Z., Kane C.L., Dekker C. High-Field Electrical Transport in Single-Wall Carbon Nanotubes. Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 2941-2944. DOI: 10.1103/PhysRevLett.84.2941.
Pop E., Mann D.A., Goodson K.E., Dai H. Electrical and Thermal Transport in Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes on Insu-lating Substrates. J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 093710-093720. DOI: 10.1063/1.2717855.
Uemura S., Yotani J., Nagasako T., Kurachi H., Yamada H., Ezaki T., Maesoba T., Nakao T., Saito Y., Yumura M. Large Size FED with Carbon Nanotube Emitter. SID Symposium Digest of Technical Papers. 2002. V. 33. P. 1132-1135. DOI: 10.1889/1.1830144.
Hou P.-X., Liu C., Cheng H.-M. Purification of carbon nanotubes. Carbon. 2008. V. 46. P. 2003-2025. DOI: 10.1016/j.carbon.2008.09.009.
Suzuki T., Suhama K., Zhao X., Inoue S., Nishikawa N., Ando Y. Purification of single-wall carbon nanotubes produced by arc plasma jet method. Diam. Relat. Mater. 2007. V. 16. P. 1116-1120. DOI: 10.1016/j.diamond.2006.11.006.
Shelimov K.B., Esenaliev R.O., Rinzler A.G., Huffman C.B., Smalley R.E. Purification of single-wall carbon nanotubes by ultra-sonically assisted filtration. Chem. Phys. Lett. 1998. V. 282. P. 429-434. DOI: 10.1016/S0009-2614 (97) 01265-7.
Zhao X., Ohkohchi M., Inoue S., Suzuki T, Kadoya T., Ando Y. Large-scale purification of single-wall carbon nanotubes pre-pared by electric arc discharge. Diam. Relat. Mater. 2006. V. 15. P. 1098-1102. DOI: 10.1016/j.diamond.2005.11.002.
Li Y., Zhang X., Luo J., Huang W., Cheng J., Luo Z., Li T., Liu F., Xu G., Ke X., Li L., Geise H. Purification of CVD synthe-sized single-wall carbon nanotubes by different acid oxidation treatments. Nanotechnology. 2004. V. 15. P. 1645-1649. DOI: 10.1088/0957-4484/15/11/047.
Smalley R., Colbert D., Dai H., Dai H., Liu J., Rinzler A., Hafner J., Smith K., Guo T., Nikolaev P., Thess A. Method for puri-fication of as-produced fullerene nanotubes: Pat. US 7354563. 04. 08. 2008.
Kondo D., Sato S., Awano J. Low-temperature synthesis of single-walled carbon nanotubes with a narrow diameter distribution using size-classified catalyst nanoparticles. Chem. Phys. Lett. 2006. V. 422. P. 481-487. DOI: 10.1016/j.cplett.2006.03.017.
Labunov V. A., Shulitski B.G., Shaman Yu.P., Komissarov I., Batura M.P., Basaev A.S., Tay B. K., Shakuzadeh M. Growth of few wall carbon nanotubes with narrow diameter distribution over Fe-Mo-MgO catalyst by methane / acetylene catalytic decompo-sition. Proceedings of the 4th IEEE International NanoElectronics Conference. 2011. P. 1-2. DOI: 10.1109/INEC.2011.5991634.
Shiraishi M., Takenobu T., Yamada A., Ata M, Kataura H. Hydrogen storage in single-walled carbon nanotube bundles and peapods. Chem. Phys. Lett. 2002. V. 358. P. 213-218. DOI: 10.1016/S0009-2614 (02) 00525-0.
Gajewski S., Maneck H.-E., Knoll U., Neubert D., Dörfel I., Mach V., Strauß B., Friedrich J.F. Purification of single walled carbon nanotubes by thermal gas phase oxidation. Diam. Relat. Mater. 2003. V. 12. P. 816-820. DOI: 10.1016 / S0925-9635 (02) 00362-X.
Feng Q.-P., Xie X.-M., Liu Y.-T., Gao Y.-F., Wang X.-H., Ye X.-Y. Length sorting of multi-walled carbon nanotubes by high-speed centrifugation. Carbon. 2007. V. 45. P. 2311-2313. DOI: 10.1016/j.carbon.2007.06.018.
Lafi L., Cossement D., Chahine R. Raman spectroscopy and nitrogen va-pour adsorption for the study of structural changes during purification of single-wall carbon nanotubes. Carbon. 2005. V. 43. P. 1347-1357. DOI: 10.1016/j.carbon.2004.12.032.
