(Phys.org) —Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) se están estudiando ampliamente por sus posibles aplicaciones en muchas áreas; por ejemplo, como materiales de electrodos para el almacenamiento de energía, como películas conductoras transparentes, y como materiales nanocompuestos con propiedades novedosas. Pero todas estas aplicaciones requieren que los SWCNT tengan una pureza muy alta, ya que las impurezas metálicas tienen efectos adversos sobre las propiedades de los nanotubos. Hasta aquí, la preparación de SWCNT con muy pocas impurezas metálicas ha sido un desafío.

En un nuevo artículo publicado en Materiales funcionales avanzados , Los profesores Qiang Zhang y Fei Wei del Laboratorio Clave de Ingeniería y Tecnología de Reacciones Químicas Verdes de Beijing en la Universidad de Tsinghua en Beijing, Porcelana, junto con sus coautores, han demostrado un método para preparar SWCNT con un contenido de carbono del 99,5% en peso en catalizadores en polvo, que es una de las purezas más altas hasta la fecha.

En general, cuando los SWCNT se cultivan por primera vez en catalizadores soportados por nanopartículas metálicas, su pureza del carbono suele ser de alrededor del 90% en peso. Los investigadores pueden mejorar la pureza mediante el uso de nuevos métodos de crecimiento sintéticos para lograr un control preciso sobre el proceso de crecimiento y limitar el crecimiento de impurezas metálicas. Una segunda opción es intentar eliminar algunas de las impurezas metálicas después del crecimiento de SWCNT, pero estos métodos a menudo destruyen algunos de los nanotubos en el proceso.

En la mayoría de las investigaciones anteriores, los SWCNT se caracterizan antes y después de que se realicen los procesos de crecimiento y purificación, pero muy pocos estudios monitorean lo que sucede durante estos procesos.

En este estudio, Los científicos utilizaron un reactor termogravimétrico conectado a un espectrómetro de masas para en el lugar seguimiento de la tasa de crecimiento de SWCNT cultivados en catalizadores metálicos durante 30 minutos. Los datos mostraron que la tasa de crecimiento aumenta rápidamente durante los primeros 27 segundos, luego se ralentiza y casi termina en unos 2 minutos. Después, la masa aumenta sólo muy gradualmente.

Este monitoreo revela que los SWCNT terminaron de crecer efectivamente a los 2 minutos, y luego las impurezas metálicas continúan creciendo en detrimento de la pureza SWCNT. Al reducir la duración del crecimiento de 30 a 2 minutos, los científicos demostraron que podían mejorar la pureza de los SWCNT del 90,4 al 98,5% en peso.

Bajo la guía de en el lugar vigilancia, los científicos podrían mejorar aún más la pureza utilizando una técnica de poscrecimiento. Mostraron que CO ₂ la oxidación a una temperatura específica (850 ° C) podría eliminar de manera eficiente las nanopartículas metálicas mientras se conservan los SWCNT. Como consecuencia, con este método se destruyen muy pocos nanotubos de carbono, mientras que la pureza aumenta hasta el 99,5% en peso.

" En el lugar el seguimiento de los catalizadores de trabajo es extremadamente importante, "Dijo Zhang." La información de los catalizadores de trabajo indicó el éxito de la preparación de CNT de alta pureza. Se basa en el crecimiento eficiente de CNT con una baja cantidad de impurezas de nanocarbono y oxidación parcial de las cáscaras de metal @ carbono por CO catalítico. ₂ oxidación con los parámetros de funcionamiento adecuados. Esta comprensión es muy útil para diseñar la ruta para la producción en masa de CNT con alta pureza ".

En el futuro, los investigadores planean modificar el reactor termogravimétrico para técnicas de caracterización adicionales, como la espectrometría Raman o la difracción de rayos X, para obtener más información sobre la dinámica de la formación de SWCNT. También esperan que el enfoque se pueda aplicar a otros sistemas que involucran reacciones catalíticas con deposición de producción.

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