Синтез углеродных нанотруб CVD методом с использованием полиоксомолибдатов в качестве предшественников катализатора

Курсовой проект - Химия

Другие курсовые по предмету Химия

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



аждого катализатора. В результате чего была установлена воспроизводимость синтеза УНТ для каждого катализатора. Выход УНТ на [Mo12Co4] и [Mo12Ni4] катализаторах составил 65.7%, 79.6%, 64.8% и 89.7%, 91%, 103% соответственно.

Полученные УНТ были охарактеризованы методом растровой электронной микроскопией (рисунок 5), методом просвечивающей электронной микроскопии (рисунок 6).

Обработав микрофотографии ПЭМ, можно посчитать распределение по внешнему и внутреннему диаметрам (рисунок 7). Внешний диаметр УНТ характеризуется узким распределением ~5-10нм. Также были сравнены спектры комбинационного рассеяния света очищенного и неочищенного от подложки MgO образцов (рисунок 8). Сравнивая их можно говорить о дефектности трубок топологического типа.

 

 

Рисунок 5. SEM изображения. Слева направо - УНТ на [Mo12Ni4] и [Mo12Co4] катализаторах.

Рисунок 6. TEM изображения. а - [Mo12Co4], б - [Mo12Ni4]

 

Рисунок 7. Распределение УНТ по диаметрам, а - внешнему, б - внутреннему.

 

Рисунок 8. Сравнение спектров комбинационного рассеяния света.

 

УНТ также охарактеризованы методом XANES-спектроскопией (рисунок 9). Полученный спектр сравнивали со спектром природного графита. Совпадение спектров говорит о хорошо графитизированной структуре УНТ. Также в нашем спектре наблюдается некая функционализированная особенность структуры. Интерпретировать эту особенность позволяют ИК-спектры (рисунок 10).

 

Рисунок 9. Сравнение XANES спектров УНТ(а) и природного графита(б).

 

Рисунок 10. ИК-спектр УНТ.

 

Метод ИК-спектроскопии позволяет выявить в структуре УНТ кислород содержащие группы: вода, карбоксильная группа, альдегидная группа, спиртовая группа. Также обнаружена связь углерода с водородом.

Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии был применен для характеризации УНТ (рисунок 11).

 

Рисунок 11. РФС спектры УНТ.

 

Наблюдается поглощение C1s и O1s уровней (энергия связи). Абсолютно точно в структуре УНТ присутствуют только кислород и углерод. Примерное процентное соотношение углерода и кислорода можно извлечь из спектров РФС (таблица 4).

 

 

Таблица 4. Процентное соотношение углерода и кислорода в УНТ, синтезированных на полиоксомолибдатах.

катализаторэлементыСодержание, %[Mo12Co4]C99%O1%[Mo12Ni4]C97%O3%

УНТ, синтезированные на полиоксомолибдатах по такой методике получаются хорошего качества, с хорошим выходом, с узким распределением по диаметрам, тонкие.

Возникла идея понижения температуры синтеза. С этой целью были сняты TG для полиоксомолибдатов в инертной атмосфере и на воздухе. Оказалось что разложении полиоксомолибдата как в одной так и в другой атмосферах протекает при одинаковой температуре ~400С (рисунок 12).

 

 

Рисунок 12. TG полиоксомолибдата Ni, снятые а - на воздухе, б - в инертной атмосфере (атмосфера He).

 

Из этих данных следует вывод, что температуру начального этапа можно снизить с 700С до ~400-500С. Что и было проделано на примере [Mo12Ni4]. На первом этапе синтеза полиоксомолибдат подвергался термическому разложению в инертной атмосфере Ar при температуре 500С. Следующим этапом было варьирование температуры синтеза: 600С, 700С и 800С. При этом получились следующие выходы по углеродному материалу: 71.8%, 176%, 262.5% соответственно. Полученные углеродные материалы были охарактеризованы методом растровой электронной микроскопией (рисунок 13). На полученных микрофотографиях либо отсутствуют УНТ, либо они есть, но очень плохого качества - толстые и недостаточно длинные.

 

 

Рисунок 13. Микрофотографии СЕМ. Углеродный материал, полученный при модифицировании методики синтеза. а - температура синтеза 600С, б - 700С, в - 800С.

 

Методом ренгенофазового анализа были установлены фазы, образующиеся при разложении полиоксомолибдата в инертной атмосфере (рисунок 14). Удалось определить только одну фазу - MgO.

 

Рисунок 14. РФА разложения [Mo12Ni4] в инертной атмосфере Ar.

 

Также РФА был сделан для образца углеродного материала (рисунок 15).

 

Рисунок 15. РФА образца углеродного материала.

 

Здесь была обнаружена только одна фаза - Mo2C. Существует предположение, что карбид молибдена находится внутри трубок.

На основании всех полученных данных, можно сделать вывод, что для получения УНТ необходимы все этапы синтеза исходной методики. Поэтому есть смысл подбирать оптимальные параметры синтеза УНТ на полиоксомолибдатах варьируя температуру синтеза, время синтеза и скорости подачи газов.

 

 

Выводы

 

Представленные кластеры могут служить катализаторами в CVD синтезе УНТ;

Углеродные нанотрубы, полученные таким способ, характеризуются узким распределением по диаметру: 5-10 нм;

Основываясь на рентгено-спектральных методах можно сказать, что слои УНТ хорошо графитизированы, а также УНТ не содержат аморфного углерода.

Носитель легко удаляется соляной кислотой. УНТ практически не содержат кислород после очистки от носителя.

 

 

Список литературы

 

1. Э.Д. Раков. Нанотрубки и графены.; 206AD:1-259.

. Zhou L-P, Ohta K, Kuroda K, et al. Catalytic functions of Mo/Ni/MgO in the synthesis of thin carbon nanotubes. // The journal of physical chemistry. B. 2005. V. 109. №10. P. 4439-47.

. Serquis a. Co-Mo catalyzed growth of multi-wall carbon nanotubes from CO decomposition. // Carbon. 2003. V. 41. №13. P. 2635-2641.

. Yao Y, Zhang S, Yan Y. CVD Synthesis and Purification of Multi-walled Carbon Nanotubes. // International Nanoelectronics Conference (INEC 2008). 2008. P. 562-565.

. Moisala A, Nasibulin AG, Kauppinen EI. The role

s