Wetenschappers voeren een ‘snelheidstest’ uit om de productie van koolstofnanobuisjes te stimuleren

Skoltech-onderzoekers hebben de procedure voor katalysatortoevoer onderzocht die wordt gebruikt in de meest gebruikelijke methode voor de productie van koolstofnanobuisjes, chemische dampafzetting (CVD), en biedt wat zij een “eenvoudige en elegante” manier noemen om de productiviteit te verhogen en de weg vrij te maken voor goedkopere en toegankelijkere op nanobuisjes gebaseerde technologie. Het artikel is gepubliceerd in de Chemical Engineering Journal.

Enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT), kleine opgerolde velletjes grafeen met een dikte van slechts één atoom, zijn veelbelovend als het gaat om toepassingen in materiaalkunde en elektronica. Dat is de reden waarom er zoveel moeite wordt gedaan om de synthese van SWCNT’s te perfectioneren; van fysische methoden, zoals het gebruik van laserstralen om een ​​grafietdoel te ableren, tot de meest gebruikelijke CVD-benadering, waarbij metalen katalysatordeeltjes worden gebruikt om een ​​koolstofhoudend gas van zijn koolstof te ‘strippen’ en de nanobuisjes op deze deeltjes te laten groeien .

“De weg van grondstoffen naar koolstofnanobuisjes vereist een fijne balans tussen tientallen reactorparameters. De vorming van koolstofnanobuisjes is een lastig en complex proces dat al lang bestudeerd is, maar nog veel geheimen heeft”, legt Albert Nasibulin uit. een professor aan Skoltech en een adjunct-professor aan de afdeling Chemie en Materiaalkunde, Aalto University School of Chemical Engineering.

Er zijn al verschillende manieren voorgesteld om de katalysatoractivering te verbeteren om meer SWCNT’s met de vereiste eigenschappen te produceren. Nasibulin en zijn collega’s concentreerden zich op de injectieprocedure, namelijk op hoe ferroceendamp (een veelgebruikte katalysatorvoorloper) in de reactor moet worden verdeeld.

Ze groeiden hun koolstofnanobuisjes met behulp van de aerosol-CVD-benadering, gebruikmakend van koolmonoxide als een koolstofbron, en bewaakten de syntheseproductiviteit en SWCNT-kenmerken (zoals hun diameter) afhankelijk van de snelheid van katalysatorinjectie en de concentratie van CO₂ (gebruikt als agent voor fijnafstelling). Uiteindelijk concludeerden de onderzoekers dat “aanpassing van het injectordebiet zou kunnen leiden tot een 9-voudige toename van de syntheseproductiviteit terwijl de meeste SWCNT-kenmerken behouden blijven”, zoals hun diameter, het aandeel defecte nanobuisjes en de geleidbaarheid van de film.

“Elke technologie draait altijd om efficiëntie. Als het gaat om CVD-productie van nanobuisjes, is de efficiëntie van de katalysator meestal buiten het zicht. We zien daar echter een grote kans en dit werk is slechts een eerste stap op weg naar een efficiënte technologie,” Dmitry Krasnikov, senior onderzoeker bij Skoltech en co-auteur van het artikel, zegt.