Web design by Aleksey D. Zolotarenko | Contact Us




предыдущая страница                                              следующая страница


3.3. Синтез углеродных наноматериалов разложением CO

Об образовании углеродных материалов, которые сейчас принято называть нанотрубками или нановолокнами, впервые сообщили советские ученые Л.В. Радишкевич и В.М. Лукьянович в 1952 году [53]. Они разлагали CO на порошке Fe в кварцевой трубке диаметром 2 см при температуре 600 C и обнаружили, что основная часть образую¬щейся сажи состоит из частиц длиной в несколько микрон, на концах которых были видны темные частицы металла (рис. 3.7).



Рис. 3.7. Продукты разложения CO на порошках Fe.

Из работ последнего времени по изучению каталитического разложения CO c целью получения наноматериалов можно отметить публикации [13, 54-58]. При разложении смеси СО и CO2 (20 % СО) с использованием катализа¬тора Ni/Al2O3 при 500 °С установлено, что вокруг частицы Ni образуется графитизированная оболочка, из которой растут УНТ [13]. При термическом разложении чистого СО на Ni-Co-катализаторе, нанесенном на Аl2O3, получены однослойные НТ [13]. На катализаторе Mo/Al2O3 были получены УНТ диаметром 1-5 нм, на концах которых находились частицы катализатора [54]. Полагают, что частица катализатора способствует диспропорционированию молекул CO с образованием C и CO2, атом углерода диффундирует по поверхности или в объеме катализатора и встраивается в структуру НТ (см. рис. 3.2). Таким образом, варьируя размеры частиц катализатора, можно получать УНТ с разными диаметрами. В качестве катализаторов разложения СО изучены также системы Ni-MgO, Co-MgO и Ni-AlPO4 [54-56].
В конце 2000 года на одном из совещаний по нанотехнологии Р.Смолли из Rice University (Хьюстон, США) заявил, что по разработанной ими технологии можно получить килограммы одностенных нанотрубок [57]. Основы этого процесса описаны в [58]. Поток СО с небольшим количеством Fe(CO)5 под давлением 1-10 атм пропускается через нагретый до 800-1200 °С реактор (рис. 3.8). Кластеры железа, являющиеся катализаторами и центрами роста одностенных нанотрубок, образуются при термическом разложении карбонила железа Fe(CO)5 в нагретом потоке СО. Считается, что процесс можно проводить непрерывно, а выход и диаметр нанотрубок можно изменять варьированием параметров. Авторами были получены одностенные нанотрубки с разными диаметрами, в том числе - диаметром всего 0,7 нм. Отмечается, что выход максимален при 1200 °С и 10 атм. Р. Смолли считает, что процесс можно и нужно масшта-бировать и с этой целью им создана новая фирма - Carbon Nanotechnologies Inc.



Рис. 3.8. Схема установки для синтеза УНТ разложением CO (стрелками указаны направления движения газового потока).

предыдущая страница                                              следующая страница



От авторов


Издание настоящей книги стало возможным благодаря реализации договора о творческом сотрудничестве между Институтом проблем материаловедения Национальной академии наук Украины и Институтом проблем химической физики Российской академии наук в рамках выполнения совместной программы “Фуллерены и атомные кластеры”.
За последние 10 лет наблюдается бурный рост потока информации в области знаний фуллереноподобных материалов, открытых в 1985 году. Задача, которую поставили авторы перед собой, состояла в том, чтобы обобщить эту информацию и в сжатой форме изложить основные представления о новом классе углеродных материалов. Из огромного информационного потока по фуллеренам, нанотрубкам и кластерам, а это десятки тысяч источников: книг, патентов, научных и популярных статей, был взят тот минимум, который позволил бы неискушенному читателю войти в мир углеродных наноструктур с его специфическими особенностями. Большой интерес среди ученых вызывает особенность строения фуллеренов, обусловленная их сферичностью. Завершенность элементарной структурной единицы, по сравнению с бесконечными кластерами атомов в карбине, графите и алмазе, обусловливает уникальную способность фуллеренов растворяться в растворителях. Это единственная растворимая форма углерода.
Фуллерены - интересный объект исследований во многих областях науки - физике, химии, геологии, биологии, медицине, материаловедении и других. Благодаря наличию у молекулы фуллерена большого количества атомов углерода открываются неограниченные возможности синтеза миллиардов новых соединений с новыми свойствами, а значит и новыми возможностями. Разработка и использование материалов, обладающих сложным комплексом физико-химических свойств, являются одной из основополагающих предпосылок создания техники XXI века. И фуллереноподобные материалы обладают всеми качествами, необходимыми для того, чтобы стать основой материалов будущих разработок. В настоящее время мы стоим только на стартовой черте изучения фуллереноподобных материалов и материалов, получаемых на их основе. Перспективы использования их безграничны.
Данные, представленные в четвертой главе этой книги, демонстрируют одну из блестящих возможностей использования этих материалов. Благодаря компактному и безопасному хранению водорода в фуллереноподобных материалах и материалах, полученных на их основе, становится экономически обоснованным и реальным переход человечества от эры использования запасавшейся миллионами лет солнечной энергии в виде ископаемых топлив к эре солнечно-водородного будущего: непосредственного преобразования солнечной энергии и применения водорода в качестве экологически чистого топлива и энергоносителя. Это будущее видится еще более оптимистичным, если учесть, что источником водорода является вода, которой достаточно на всех континентах и во всех странах. То есть снимается вопрос о странах, богатых топливом и бедных с энергетической точки зрения. Солнечной энергии хватит всем.
Надеемся, что эта книга станет для многих первой ступенькой в познании области науки о фуллеренах, пробудит интерес и желание узнать больше, шагнуть вперед и изучить неведомое.
Заранее приносим свои извинения за возможные опечатки. Мы с удовольствием и благодарностью примем все критические замечания и комментарии. Авторы благодарят В.Б. Черногоренко, А.П. Помыткина, Н.Ф. Гольдшлегер и А.П. Моравского за помощь в написании некоторых глав, а также благодарят О.И. Билык, Д.М. Мильто, Е.А. Лысенко за помощь в наборе и редактировании текста и иллюстраций.