ОСОБЕННОСТИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ПОЛУЧЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ МЕТАЛЛОЦЕНОВ ЭЛЕМЕНТОВ VIII ГРУППЫ
Аннотация
Исследованы структурные особенности и электрофизические свойства углеродных нанотрубок, полученных из этанола в присутствии металлоценовых катализаторов (на основе металлоценов элементов VIII группы: Fe, Co и Ni) методом химического осаждения из газовой фазы. Установлено, что использование комплексных металлоценовых катализаторов в виде смесей нескольких различных металлоценов приводит к неожиданным кооперативным эффектам. Такие эффекты не наблюдаются при использовании индивидуальных металлоценов, в том числе часто используемых ферроценов. Выход углеродных нанотрубок увеличивается почти в два раза при определенных значениях отношений металлов в двух- и трехкомпонентных композициях Fe-Ni, Fe-Co или Fe-Co-Ni по сравнению с монометаллическим катализатором Fe, Co или Ni. Образование монокристаллических металлических ядер из Ni, Co и сплавов этих металлов с Fe в виде прямых наностержней внутри углеродных нанотрубок было наиболее интересным эффектом. Самые длинные ядра Ni имели длину более, чем 150 мкм при диаметре всего в несколько мкм. Выявлено, что электропроводность массива углеродных нанотрубок сильно зависит от природы катализатора. Электропроводность массивов нанотрубок повышается при использовании индивидуальных металлов в ряду Ni-Co-Fe и при увеличении содержания активного Fe в смесях Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Co-Ni более, чем на два порядка, от 1,2·102 до 9,4·104 См/м. Направленное изменение электрофизических свойств нанотрубок позволит значительно расширить их использование в качестве наполнителя композитов, фототермических и перестраиваемых магнитных наноматериалов с планируемой электропроводностью.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература
Bronikowski M.J. CVD growth of carbon nanotube bundle arrays. Carbon. 2006. V. 44. P. 2822-2832. DOI:
1016/j.carbon.2006.03.022.
Brukh R., Mitra S. Mechanism of carbon nanotube growth by CVD. Chem. Phys. Lett. 2006. V. 424. P. 126-132. DOI: 10.1016/j.cplett.2006.04.028.
Zhao T.K., Liu X., Jiao S., Han J. Diameter-controlled synthesis of single-walled carbon nanotubes. Adv. Mater.
Res. 2013. V. 652–654. P. 151–154. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.652-654.151.
Weller L., Smail F.R., Elliott J.A., Windle A.H. Mapping the parameter space for direct-spun carbon nanotube aerogels. Carbon. 2019. V. 146. P. 789-812. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.01.091.
Rodiles X., Reguero V., Vila M., Alemán B., Arévalo L., Fresno F., de la Peña O’Shea V. A., Vilatela J. J. Carbon nanotube synthesis and spinning as macroscopic fibers assisted by the ceramic reactor tube. Scientific Reports. 2019. V. 9. P. 9239. DOI: 10.1038/s41598-019-45638-6.
Mordkovich V.Z., Karaeva A.R. Prospective ways for production and application of longer carbon nanotubes. Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures. 2010. V. 18. P. 516-522. DOI: 10.1080/1536383x.2010.488520.
Kuwana K., Saito K. Modeling CVD synthesis of carbon nanotubes: Nanoparticle formation from ferrocene.
Carbon. 2005. V. 43. P. 2088 - 2095. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.03.016.
Li Y.L., Kinloch I.A., Windle A.H. Direct Spinning of Carbon Nanotube Fibers from Chemical Vapor Deposition
Synthesis. Science. 2004. V. 304. P. 276-278. DOI: 10.1126/science.1094982.
Reguero V., Alemán B., Vilatela J.J. Controlling carbon nanotube type in macroscopic fibers synthesized by the direct spinning process. Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 3550–3557. DOI: 10.1021/cm501187x.
Mordkovich V.Z., Kazennov N.V., Ermolaev V.S., Zhukova E.A., Karaeva A.R. Scaled-up process for producing
longer carbon nanotubes and carbon cotton by macro-spools. Diam. Relat. Mater. 2018. V. 83. P. 15-20. DOI: 10.1016/j.diamond.2018.01.017.
Karaeva A.R., Kazennov N.V., Zhukova E.A., Mordkovich, V.Z. Carbon nanotubes by continuous growth, pulling
and harvesting into big spools. Matls Tod: Proc. 2018. V. 5. P. 25951-25955. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.08.010.
Kulnitskiy B.A., Mordkovich, V.Z., Urvanov S.A., Blank V.D. Cubic and tetrogonal maghemite formation inside carbon nanotubes under CVD process conditions. Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures. 2020. V. 28. P. 913-918. DOI: 10.1080/1536383X.2020.1784146.
Karaeva A.R., Khaskov M.A., Mordkovich V.Z. Longer Carbon Nanotubes by Controlled Catalytic Growth in the Presence of Water Vapor. Fullerenes, Nanotub. Carbon Nanostructures. 2012. V. 20. P. 411-418. DOI: 10.1080/1536383X. 2012. 655229.
Kumari R., Tyagi P.K., Puri N.K. Electron irradiation induced wall-to-wall joining of multiwalled carbon nanotubes. Appl. Surf. Sci. 2018. V. 453. P. 153–158. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.05.055.
Savilov S.V., Cherkasov N., Egorov A.V. Sulphur-free synthesis of helical carbon nanotubes. Mater. Technol. 2016. V. 30. P. 115–120. DOI: 10.1080/10667857.2015.1127700.
Bokhonov B.B., Ukhina A.V., Dudina D.V., Katsui H. Multiwalled carbon nanotube forests grown on the surface of synthetic diamond crystals. Ceram. Int. 2017. V. 6. P. 10606–10609. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.05.021.
Sen R., Govindaraj A., Rao C. Carbon nanotubes by metallocene route. Chem. Phys. Lett. 1997. V. 267. P. 276–280. DOI: 10.1016/S0009-2614(97)00080-8.
Asokan V., Madsen D.N., Kosinski P., Myrseth V. Transformation of carbon black into carbon nanotubes: the effect of catalysts. Xinxing Tan Cailiao/New Carbon Mater. 2015. V. 30. P. 19–29. DOI: 10.1016/S1872-5805(15)60172-X.
Moon S.Y., Kim W.S. The Synergistic Effect of a Bimetallic Catalyst for the Synthesis of Carbon Nanotube Aerogels. Chem. - A Eur. J. 2019. V. 25 P. 13635–13639. DOI: 10.1002/chem.201903273.
Torres-Gómez L.A., Barreiro-Rodríguez G., MéndezRuíz F. Vapour pressures and enthalpies of sublimation of ferrocene, cobaltocene and nickelocene. Thermochim. Acta. 1988. V. 124. P. 179–183. DOI: 10.1016/
-6031(88)87020-5.
