РОЛЬ ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ ДЕМЕТАЛЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДЛИННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

  • Veronika A. Naumova Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Vladimir Z. Mordkovich Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Maxim A. Khaskov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Victor V. De Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Boris A. Kulnitskiy Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Aida R. Karaeva Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.5y
Ключевые слова: ультрадлинные углеродные нанотрубки, каталитическое химическое осаждение из парогазовой фазы, очистка, удаление катализатора, обработка влажным воздухом, нанокомпозиты, термогравиметрический анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, электронная микроскопия

Аннотация

Ультрадлинные углеродные нанотрубки (УНТ) обладают чрезвычайно высоким аспектным соотношением и благодаря своим уникальным физико-механическим и электрофизическим свойствам вызывают повышенный интерес для использования в сенсорах, химических источниках тока, в качестве наполнителей нанокомпозитов и т. д. Одним из методов синтеза ультрадлинных УНТ является каталитическое химическое осаждение из парогазовой фазы (CVD), в процессе которого, помимо УНТ, образуются такие примеси, как частицы углерода, не являющиеся углеродными нанотрубками (non-CNT, аморфный углерод) и металлические частицы катализатора. Образующиеся примеси ухудшают свойства УНТ, поэтому разработка методов их очистки без существенного разрушения структуры УНТ является важной и актуальной задачей. В данной работе исследуется роль паров воды в процессе мягкой очистки синтезированных УНТ от частиц остаточного катализатора на основе железа, которые могут оказывать влияние на последующее окисление углерода (как ненанотрубочного углерода, так и УНТ) и приводить к понижению выхода полезного продукта. Показано, что обработка УНТ в мягких условиях увлажненным воздухом позволяет без значительных потерь углерода существенно снизить в них содержание остаточного железа по сравнению с результатами, полученными в условиях с сухим воздухом. Увеличение отношения D/G пиков на спектрах комбинационного рассеяния УНТ после их обработки влажным воздухом позволяет предположить, что частицы железосодержащего катализатора окисляются в оксиды и оксигидроксиды железа, вызывая внутренние напряжения в УНТ, что способствует разрушению углеродных оболочек в этой области, тем самым «открывая» доступ к инкапсулированным частицам катализатора для последующей кислотной обработки. Таким образом, предварительная термоокислительная обработка в атмосфере увлажненного воздуха может быть использована для разработки экономичных и экологически чистых методов очистки УНТ.

Для цитирования:

Наумова В.А., Мордкович В.З., Хасков М.А., Де В.В., Кульницкий Б.А., Караева А.Р. Роль воды в процессе деметаллизации продуктов каталитического синтеза длинных углеродных нанотрубок. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 10. С. 66-74. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.5y.

Литература

Shchegolkov A.V., Shchegolkov A.V., Komarov F.F., Parfimovich I.D. // Ross. Khim. Zhurn. 2020. V. 64. N 4. P. 39-45 (in Russian). DOI: 10.6060/rcj.2020644.4.

Ates M., Eker A.A., Eker B. // J. Adhes. Sci. Technol. 2017. V. 31. N 18. P. 1977–1997. DOI: 10.1080/01694243.2017. 1295625.

Peng H., Sun X., Chen T. // Carbon Nanotubes—Polymer Nanocomp. 2011. V. 12. P. 231–250. DOI: 10.5772/16997.

Inam F., Vo T., Jones J.P., Lee X. // J. Compos. Mater. 2013. V. 47. N 19. P. 2321–2330. DOI: 10.1177/0021998312457198.

Tinh T.X., Chuc N.V., Jourdain V., Paillet, M., Kim, D.-Y., Sauvajol, J.-L., Tam N.T.T., Minh P.N. // J. Exp. Nanosci. 2011. V. 6. N 5. P. 547–556. DOI: 10.1080/17458080.2010.498839.

Sugime H., Sato T., Nakagawa R., Hayashi T., Inoue Y., Noda S. // Carbon. 2021. V. 172. P. 772–780. DOI: 10.1016/j.carbon.2020.10.066.

Issman L., Kloza P.A., Portas J.T., Collins B., Pendashteh A., Pick M., Vilatela J.J., Elliott J.A., Boies A. // ACS Nano. 2022. V. 16. P. 9583–9597. DOI: 10.1021/acsnano.2c02875.

Karaeva A.R., Urvanov S.A., Kazennov N.V., Mitberg E.B., Mordkovich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 4–9 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.6y.

Karaeva A.R., Khaskov M.A., Mitberg E.B., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Ivanov L.A., Denisov V.N., Ki-richenko A.N., Mordkovich V.Z. // Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct. 2012. V. 20. P. 411–418. DOI: 10.1080/1536383X.2012.655229.

Yaya A., Dodoo-Arhin D., Onwona-Agyeman B., Konadu D.S., Mensah Brown H., Sinayobye E. // Br. J. Appl. Sci. Technol. 2013. V. 3. P. 884–897. DOI: 10.9734/BJAST/2013/4052.

Chen J., Han J., Xu D. // Mater. Lett. 2019. V. 246. P. 20–23. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.03.037.

Hou P.-X., Liu C., Cheng H.-M. // Carbon. 2008. V. 46. P. 2003–2025. DOI: 10.1016/j.carbon.2008.09.009.

Ageeva E.A., Zhukova E.A., Karaeva A.R., Mordkovich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 9. P. 74–79. DOI: 10.6060/tcct.20165909.1y.

Rouf S.A., Usman Z., Masood H.T., Majeed A.M., Sarwar M., Abbas W. Synthesis and Purifiation of Carbon Nanotubes. In: Book Carbon Nanotubes—Redefining the World of Electronics. 2022. V. 3. P. 415–479. DOI: 10.5772/intechopen.98221.

Chiang I.W., Brinson B.E., Huang A.Y., Willis P.A., Bronikowski M.J., Margrave J.L., Smalley R.E., Hauge R.H. // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. N 35. P. 8297–8301. DOI: 10.1021/jp0114891.

Kuziel A.W., Dzido G., Turczyn R., Jędrysiak R.G., Ko-lanowska A., Tracz A., Zięba W., Cyganiuk A., Terzyk A.P., Boncel S. // J. Energy Storage. 2021. V. 36. P. 102396: 1-10. DOI: 10.1016/j.est.2021.102396.

Li L., Wu Z., Yuan S., Zhang X.-B. // Energy Environ. Sci. 2014. N 7. P. 2101–2122. DOI: 10.1039/C4EE00318G.

Choi Y.C., Min K.-I., Jeong M.S. // J. Nanomater. 2013. V. 2013. P. 615915: 1-6. DOI: 10.1155/2013/615915.

Jorio A., Saito R. // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. N 2. P. 021102: 1-28. DOI: 10.1063/5.0030809.

Kulnitskiy B., Karaeva A., Mordkovich V., Urvanov S., Bredikhina A. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2019. V. 693. P. 012017: 1-7. DOI: 10.1088/1757-899X/693/1/012017.

Chang C.-C., Chen C.-C., Hung W.-H., Hsu I.-K., Pi-menta, M.A., Cronin S.B. // Nano Res. 2012. V. 5. P. 854–862. DOI: 10.1007/s12274-012-0269-3.

Karim W., Kleibert A., Hartfelder U., Balan A., Gobrecht J., Bokhoven J.A.v., Ekinci Y. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 18818: 1-8. DOI: 10.1038/srep18818.

Fiquet G., Badro J., Gregoryanz E., Fei Y., Occelli F. // Phys. Earth Planet. Inter. 2009. V. 172. P. 125–129. DOI: 10.1016/j.pepi.2008.05.016.

Freel J., Wheeler B.R., Galwey A.K. // Trans. Faraday Soc. 1970. V. 66. P. 1015–1024. DOI: 10.1039/TF9706601015.

Bertrand N., Desgranges C., Poquillon D., Lafont M.C., Monceau D. // Oxid. Met. 2009. V. 73. P. 139–162. DOI: 10.1007/s11085-009-9171-0.

Koga N., Takemoto S., Okada S., Tanaka H. // Thermochim. Acta. 1995. V. 267. P. 193–207. DOI: 10.1016/0040-6031(94)02050-X.

Karaeva A.R., Zhukova E.A., Urvanov S.А., Senatulin B.R., Skryleva E.A., Mordkovich V.Z. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 8. P. 12–20. DOI: 10.6060/tcct.20165908.27y.

Mordkovich V.Z., Khaskov M.A., Naumova V.A., De V.V., Kulnitskiy B.A., Karaeva A.R. // J. Compos. Sci. 2023. V. 7. N 79. DOI: 10.3390/jcs7020079.

Опубликован
2023-08-10
Как цитировать
Naumova, V. A., Mordkovich, V. Z., Khaskov, M. A., De, V. V., Kulnitskiy, B. A., & Karaeva, A. R. (2023). РОЛЬ ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ ДЕМЕТАЛЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ДЛИННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 66(10), 66-74. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236610.5y
Выпуск
Том 66 № 10 (2023)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>