简单的方法合成功能化碳纳米管采用硝酸钴和丙酮,利用喷雾热解沉积技术

文摘

最近醇类和酮类被用来进行宣传通过CVD问。一项研究显示这些碳前体的化学性质的重要性在问(碳纳米管)的特点。在目前的工作我们展示的影响使用的催化剂在合成的功能化多层碳纳米管(热合)利用丙酮作为碳源和硝酸钴有限公司(没有₃)₂作为催化剂。

1。介绍

碳纳米管的合成是寻求一种简单而经济的方法。据报道在文献中使用的碳源为乙炔的合成碳纳米管(1- - - - - -4),甲苯(5)、正己烷、苯和环戊二烯6)等等,最终醇已使用(7- - - - - -13]。Montoro et al。13)在一个大的比较研究报道,丙酮合成多层碳纳米管是最好的候选人,基于这种类型的分析。

催化剂用于合成的全国过渡委员会(碳纳米管)等陶瓷氧化铝,浸渍在一些盐如硝酸盐钴镍,钴,锰醋酸盐、过渡和各种纯金属,如铁、钴、锌、钌/钯,Na-Y。井上和菊池(9)解释说,钴,与铁相比,展品与煤的交互,但更好的分解乙醇。这也显示了催化剂的成核和增长之间的偏好根据哈et al。14,15),以及粒子的大小。此外刘et al。16)基于聚酰胺和功能化碳纳米管复合材料准备。

在目前的研究中,丙酮被选为碳源和硝酸钴作为催化剂,将评估他们的表现在合成碳纳米管的管合成喷,而且它还将考虑酮和硝酸分解产生的这些化合物在多层碳纳米管的功能化。

2。实验的细节

解决方案准备与丙酮纯度由99.6% 0.42米特里贝克和六水合硝酸钴(Co(没有₃)₂h·6₂O)纯度由99.0%记述有机被用作催化剂。氩气流作为载气纯度为99.999%。

图1(5)显示了热解系统员工的合成碳纳米管多层acetone-cobalt (MWCNT);反过来它显示设备的连接方法用于测量进气温度,以及烟气的组成。这个合成Thermolyne圆柱形炉使用40厘米长。vicor管45厘米的长度和直径9毫米的内部作为底物放入烤箱。图2显示的区域分工管被认为是在反应后的分析进行了;上游区域部分的入口管;在这个区域是丙酮和催化剂,它们以前被喷雾,进入vicor管,这就是分解反应开始,继续沿着管。第一个等温线区,第二个等温线区两个管的中间部分和下游区是一种由贪婪导致的部分废气NTC的分解和合成。

我们使用一组气体分析仪(cgt - 7000(红外气体分析仪)和诺亚- 7000(没有_x阿,₂气体分析仪)为了监测产品的出口气体的反应在合成vicor管的出口。除了一个热电偶连接在该地区监测上游区初始温度在管的入口,这是我们的经验显示最好的碳纳米管合成技术(图1)。

合成的纳米管选择四个温度700°C, 800°C, 900°C, 1000°C和在合成阶段保持不变。在预热阶段,我们应用一个小0.8 L-min氩气流⁻¹。一旦达成了炉温,解决方案是通过应用喷雾雾速度是1毫升/分钟的丙酮在氩2.5 L-min流动⁻¹。是喷雾总共20毫升的丙酮溶液催化剂vicor管流为3.5 L-min吗⁻¹。一旦解决方案完成后,加热系统被关闭。大会被允许冷却至室温保持在这个过程流的氩0.8 L / min。vicor管被切成四部分,这些部分的分析阶段被称为根据vicor管切成四个部分每一个7.5厘米的长度和被任命为在上游区等根据其位置,第一和第二downstreamzone等温区。

为了观察碳纳米管的生长一小段每一个部分的提取和分析使用扫描显微镜JEOL地产- 7401 f。随后这些段分别是沉浸在酸性溶液(1:3)/硫氮(17)和碳纳米管从基质中提取vicor超声治疗。去除酸残留用蒸馏水洗净,tri-several丙酮冲洗。最后的清理阶段,每个部分的标本被悬浮在丙酮为特征。

一滴这个解决方案是放在formvar铜TEM网格为了观察碳纳米管在显微镜FS2200-STEM传播。分析碳纳米管的存在和浪费发生在PANalytical X射线光谱仪,模型X 'Pert PRO MPD 'Celerator探测器。碳纳米管的功能化的分析我们得到了液体溶液范围接近70°C的一天半蒸发的溶剂。与甲醇被几个洗后的一小滴那些时光6700 FT IR,悬挂在Thermoscientific Nicolet观察红外光谱。这些分析只有在上游区面积合成在900°鉴于样本收集的其他所有人的数量是不够的进行进一步分析。

3所示。结果和讨论

3.1。六水合硝酸钴的分解

在图3确定钴氧化物残留的最后测试TGA / DSC,和体重的百分比在水里,氮氧化物,证实了从HSC 5.1中的计算18)的百分比,如表所示1。我们观察一个阶段脱氮约25%在180°C;这一阶段后,系统在其结构不再成立,然后开始de-nitrification阶段;这导致重量损失近35%在182°C到275°C;然而,我们看到最后,最后残留的30.37%对应钴氧化物通过XRD分析,检测出图4。我们验证通过HSC的热力学模型,展示了ΔG训练模拟结果。第一反应预测的脱水过程:

第二个反应(2)预测的损失硝酸钴: 我们可以说没有,没有的生产₂发生,因为可以检测它的存在(表2),这些结果是衡量在NTC的合成实验。还要注意反应2进行有效地开始在300°C,预测图5。

3.2。一代有限公司有限公司₂,和H₂O形成碳纳米管

同样,图6说明了模拟图显示的结果形成ΔG预测可能的丙酮的分解。建议的反应是基于实验数据包含在表中3采取退出vicor管在一个小的补充实验对纯丙酮的分解。此表显示了一氧化碳的存在,其浓度随温度:

vicor管内部有一个温度梯度引起的热电偶被放置在中间的管状焚化炉。现在我们可以说,丙酮的分解反应开始发生在100°C几乎地铁的入口处。配套注意在图3,虽然丙酮是一氧化碳和氢气开始分解,硝酸钴刚刚开始失去水。这水汽和有限公司有限公司₂这是形成Nasibulin等人额外的氢(19]。这水汽,公司和有限公司₂形成一个额外的氢量Nasibulin et al。19]。未反应的CO(表3)降低钴氧化物(20.),开始生成不稳定的钴碳化物。这是最初的步骤合成碳纳米管的disproportionalization有限公司(19,20.)的碳源合成的碳纳米管。Nasibulin解释说,有限公司₂和水“干净”的沉淀无定形碳纳米管的表面,以及防止抑制催化粒子纳米管的形成和维护条件disproportionalization和加氢。

如前所述,分解反应开始发生一次喷雾溶液进入管合成。催化剂颗粒开始增长从入口到出口vicor管(图2),粒径较小的钴的入口管和管时,这些粒子尺寸越来越大;这是由于颗粒有足够的成核时间。按照规定的Shin et al。15),催化剂的形态,如过渡金属的晶粒尺寸和密度,控制纳米管的直径和长度,这解释了不同的大小和形态的纳米管合成在800°C。

图8显示扫描电镜图像的四个区域合成在800°C,根据图2。也显示出纳米管形成vicor管的四个领域。图7(一)在图像区域对应于上游区观察更薄和更长的碳纳米管半球形表面附有小突起。这些疙瘩是最有可能由无定形碳。在图中7(一)显示第一个等温区图像观察纳米管比以前小,有点厚区域但更少。在图7 (c)显示第二个等温区,观察到纳米管略短于等温区,但厚比上游区。最后,在下游区域,见图7 (d),碳纳米管是厚的比过去三个领域,但在较小的数字。似乎这些纳米管形成一个“Y”。

图8说明了全国过渡委员会在900°C的合成;我们观察到碳纳米管的形成只在上游区,而在其他三个地区(第一等温线区,第二等温线区和下游区)的管vicor,没有类似于纳米管结构。事实上,我们观察图8(一个)这些纳米管、有序、统一的增长发生只在上游区在900°C。第一等温线区在图8 (b),观察某些非晶碳形状几乎直径300纳米,长度约1微米。第二等温线区8 c,发现稀缺的综合性大型球面近200海里电台的无定形碳。上游区,8 d,没有结构。图9说明了碳纳米管的森林获得在900°C上游区,在那里欣赏有序增长。评论是很重要的,这些纳米管是长,薄,比合成多到800°C。Nasibulin et al。19]表明,反应,使碳纳米管的形成(disproportionalization和加氢)熄灭在温度高于908°C由于这些可逆反应的主导作用。由于这一事实,我们观察到纳米管的形成沿管在800°C被发现在所有的4段vicor管,而在900°C一个令人满意的增长发生只在第一个区域(数据9和10),因为没有碳纳米管在1000°。

图10显示了TEM图像的多层碳纳米管合成,显示包含一小部分的内部结构的催化剂;它可能是钴或硬质合金。也可以观察一个薄的外层无定形碳覆盖它。在图11英国《金融时报》引用的红外光谱,官能团(-不可能的证据₂)附近的波数1640年和1620年,以及酮组接近波数1725年和1705年。Hanming他(16]合成功能化碳纳米管,结果在碳纳米管的形态是相似的。

4所示。结论

碳纳米管的合成硝酸钴和丙酮使用喷雾pyrolisis结果的方法,除了碳源和金属钴作为催化剂、水和有限公司₂保持良好的碳纳米管的形成。一个不完整的这两个化合物的分解反应导致一些官能团坚持字形结构的纳米管。,在英国《金融时报》可以探测到少量红外设备。

水由相同的硝酸钴参与公司的形成₂公司提出了丙酮分解产物中额外的工作水合硝酸钴观察控制增长和碳纳米管质量的影响。除了改变的催化剂粒子增加多层碳纳米管的生产,我们大多数控制试剂的使用。

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