Preparation and characterization of bamboo-like carbon nanotubes by ethanol catalityc combustion technique

• Autorzy: Zhu, G. , Zou, X. P. , Cheng, J. , Wang, M. F. , Su, Y.

Warianty tytułu

PL

Przygotowanie i charakterystyka nanorurek węglowych o strukturze bambusowe metodą katalitycznego spalania etanolu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A simple combustion approach for synthesizing bamboo-Iike carbon nanotubes was proposed by using liquid ethanol flame on the substrates. Copper piąte was employed as substrate, ethanol as carbon source and fuel, and iron chloride or iron nitrate solution as catalyst precursors, respectively. The as-grown black powder was characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy. The results show that some carbon nanotubes with good bamboo-Iike structure were obtained in our products, and these bamboo-like carbon nanotubes have diameters of about 10-100nm and length of up to several tens of micrometers. However, the morphology and microstructure of bamboo-like carbon nanotubes are affected by synthesis conditions, such as concentration of catalyst precursor solution, synthesis temperaturę, synthesis time, and flame perturbations etc. According to observation and analysis of TEM images, we tentatively propose and discuss for the possible growth mechanism of bamboo-like carbon nanotubes. The results also show that the present method is simpler to synthesize carbon nanomaterials, such as nanotubes, carbon nanofibers, and nanoparticles etc. In addition, this method has some advantages, such as flexible synthesis conditions, simple setup, easier to be controlled, morę economic, and environment-friendly.

PL

Zaproponowano prostą metodę spalania w celu przeprowadzenia syntezy nanorurek węglowych o strukturze bambusowej przy użyciu płomienia z ciekłego etanolu na podłożu. Jako podłoże zastosowano płytkę miedzianą, etanol jako paliwo wglo-we oraz roztwów chlorku żelaza spełniających funkcje prekursora katalicznego. Powstały czarny proszek scharakteryzowano przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) oraz spektroskopii Raman'a. Wyniki wskazują, że w naszych wyrobach udało się otrzymać nanorurki węglowe o silnej strukturze bambusowej o średnicy około 10 - lOOnm i długości dochodzącej do kilkudziesięciu mikrometrów. Jednakże na morfologię i mikrostrukturę tychże nanorurek wpłynęły warunki syntezy, takie jak, stężenie roztworu prekursora katalitycznego, temperatura syntezy, czas syntezy, niestabilność płomienia etc, Jak wykazały obserwacje i analiza obrazu TEM należałoby przyjrzeć się i przedyskutować możliwy mechanizm wzrostu nanorurek węglowych o bambusowej strukturze. Ponadto wyniki wskazują, że obecnie stosowana metoda syntetyzowania nanomateriałów węglowych takich jak nanorurki, nanowłókna węlowe i nanocząsteczki jest prostsza. Ponadto posiada zalety w postaci dobieralnych warunków syntezy, prostego oprzyrządowania, łatwego monitorowania, a także jeat mniej kosztowna i przyjazna środowisku.

Słowa kluczowe

PL

nanorurki węglowe o strukturze babmusowej; katalityczne spalanie etanolu; charakterystyka

EN

bamboo-like carbon nanotubes; ethanol catalytic combustion technique; characterization

• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 3
• Strony: 735-740
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Zhu, G.

autor

Zou, X. P.

autor

Cheng, J.

autor

Wang, M. F.

autor

Su, Y.

• Beijing Information Science & Technology University, China

Bibliografia

• [1] S. Iijima, “Helical mocrotubles of graphitic carbon", Naturę, 354, 56-58 (1991).
• [2] K. Xiao, Y. Liu, P. Hu, G. Yu, Y. Sun, D. Zhu, “n-Type Field-EfFect Transistors Madę of an Individual Nitrogen-Doped Multiwalled Carbon Nanotube", J. Am. Chem. Soc. 127, 8614-8617 (2005).
• [3] J. W. Mintmire, B. I. Dunlap, C. T. White, "Fullerene tubules metallic", Phys. Rev. Lett. 68,631-634 (1992).
• [4] G. M. Lewis, P. M. Smowton, J. D. Thomson, H. D. Summers, P. Blood, "Measurement of true spontaneous emission spectra from the facet of diode laser structures", Appl. Phys. Lett. 80, 1-3 (2002).
• [5] M. R. Pederson, J. Q. Broughton, "Nanocapil-larity in fullerene tubes", Phys. Rev. Lett 69, 2689-2694 (1992).
• [6] H. Ray, Baughman, A. Anvar, Zakhido v, A. Wall, D. Heer, "Carbon Nanotubes-the Route Toward Applications", Science 297, 787-792 (2002).
• [7] H. Kenji, N. F. Don, M. Kohei, N. Tatsunori, Y. Motoo, S. Iijima, "Water-Assisted Highly Effi-cient Synthesis of Impurity-Free Single-Walled Carbon Nanotubes", Science 306, 1362-1364 (2004).
• [8] W. Z. Li, S. S. Xie, L. X. Qian, B. H. Chang, B. S. Zou, W. Y Zhou, R. A. Zhao, G. Wang, "Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes", Science 274, 1701-1703 (1996).
• [9] D. S. Bethune, C. H. Kiang, R. Savoy, R. J. Vazquez, "Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls", Naturę 363, 605-608 (1993).
• [10] L. F. Su, J. N. Wang, W. Fan, Z. M. Sheng, "Continuous Synthesis of Y-Junction Carbon Nanotubes by Catalytic CVD", Chem. Vap. Deposition 11, 351-354 (2005).
• [11] X. Zhao, M. Ohkohchi, M. Wang, S. Iijma, T. Ichihashi, "Preparation of high-grade carbon nanotubes by hydrogen arc discharge", Carbon 35, 775-781 (1997).
• [12] Z. F. Ren, Z. P. Huang, J. W. Xu, J. H. Wang, P. Bush, M. P Siegal, P. N. Provencio, "Synthesis of Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass", Science 282, 1105-1107 (1998).
• [13] Laplaze, D. Bernier, P Maser, W. K. Flamant, "Carbon nanotubes: The solar approach", Carbon 36, 685-688 (1998).
• [14] L. V. Walr, M. Ticich, V. E. Curtis, "Diffu-sion flame synthesis of single-walled carbon nanotubes", Chem. Phys. Lett. 323, 217-223 (2000).
• [15] C. J. Lee, J. Park, "Growth Model for Bamboolike Structured Carbon Nanotubes Synthesized Using Ther-mal Chemical Vapor Deposition", J. Phys. Chem. B 105, 2365-2368 (2001).
• [16] J. W. Liu, M. W. Shao, X. Y. Chen, "Large-Scale Synthesis of Carbon Nanotubes by an Ethanol Thermal Reduction Process", J .Am. Chem. Soc. 125, 8088-8089 (2003).
• [17] L. Randall, W. Vander, "Flame synthesis of substrate-supported metal-catalyzed carbon nanotubes", Chem. Phys. Lett. 324, 217-223 (2000).
• [18] J. Y. Young, K. B. Hong, "Catalytic growth mech-anism of carbon nanofibers through chemical vapor deposition", Diamond Relat. Mater. 10, 1214-1217 (2001).
• [19] M. P. Cabero, E. Romeo, C. Royo, A. Monzón, "Growing mechanism of CNTs: a kinetic approach", J. Catal. 224, 197-205 (2004).
• [20] J. C. Bao, K. Y Wang, N. Zhang, "Synthsis and characterization the Ordered Array of Bamboo-like carbon nanotubes", Chin. J. Inorg. Chem. 18, 1097-1100 (2002).
• [21] Y. H. Lee, S. G. Kim, D. Tomanek, "Catalytic Growth of Single-Wall Carbon Nanotubes: An Ab Initio Study", Phys. Rev. Lett. 78, 2393-2396 (1997).