p (Phys.org) - Nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) estão sendo amplamente estudados por suas aplicações potenciais em muitas áreas; por exemplo, como materiais de eletrodo para armazenamento de energia, como filmes transparentes condutores, e como materiais nanocompósitos com novas propriedades. Mas todas essas aplicações exigem que os SWCNTs tenham uma pureza muito alta, já que as impurezas metálicas têm efeitos adversos nas propriedades dos nanotubos. Até aqui, preparar SWCNTs com muito poucas impurezas metálicas tem sido um desafio. p Em um novo artigo publicado em Materiais Funcionais Avançados , Professores Qiang Zhang e Fei Wei do Laboratório Chave de Engenharia e Tecnologia de Reação Química Verde da Universidade de Tsinghua em Pequim, China, junto com seus co-autores, demonstraram um método para preparar SWCNTs com um teor de carbono de 99,5% em peso em catalisadores em pó, que é uma das maiores purezas até hoje.

p Em geral, quando os SWCNTs são cultivados pela primeira vez em catalisadores suportados por nanopartículas de metal, sua pureza de carbono é geralmente em torno de 90% em peso. Os pesquisadores podem melhorar a pureza usando novos métodos de crescimento sintético para obter controle preciso sobre o processo de crescimento e limitar o crescimento de impurezas metálicas. Uma segunda opção é tentar remover algumas das impurezas metálicas após o crescimento de SWCNT, mas esses métodos geralmente destroem alguns dos nanotubos no processo.

p Na maioria das pesquisas anteriores, os SWCNTs são caracterizados antes e depois dos processos de crescimento e purificação serem realizados, mas poucos estudos monitoram o que acontece durante esses processos.

p Neste estudo, os cientistas usaram um reator termogravimétrico conectado a um espectrômetro de massa para no local monitoramento da taxa de crescimento de SWCNTs cultivados em catalisadores de metal por 30 minutos. Os dados mostraram que a taxa de crescimento aumenta rapidamente durante os primeiros 27 segundos, então fica mais lento e quase termina em cerca de 2 minutos. Depois disso, a massa aumenta apenas muito gradualmente.

p Este monitoramento revela que os SWCNTs estão efetivamente crescendo em 2 minutos, e então as impurezas metálicas continuam a crescer em detrimento da pureza SWCNT. Ao reduzir a duração do crescimento de 30 para 2 minutos, os cientistas mostraram que poderiam melhorar a pureza dos SWCNTs de 90,4 para 98,5% em peso.

p Sob a orientação de no local monitoramento, os cientistas poderiam melhorar ainda mais a pureza usando uma técnica de pós-crescimento. Eles mostraram que o CO ₂ a oxidação a uma temperatura específica (850 ° C) pode remover com eficiência nanopartículas metálicas enquanto os SWCNTs são preservados. Consequentemente, muito poucos nanotubos de carbono são destruídos neste método, enquanto a pureza aumenta para 99,5% em peso.

p " No local o monitoramento dos catalisadores de trabalho é extremamente importante, "Zhang disse." As informações dos catalisadores de trabalho indicaram o sucesso para a preparação de CNTs de alta pureza. Encontra-se no crescimento eficiente de CNTs com uma baixa quantidade de impurezas de nanocarbono e oxidação parcial de conchas de metal @ carbono por CO catalítico ₂ oxidação com parâmetros de operação adequados. Esse entendimento é bastante útil para projetar a rota para a produção em massa de CNTs com alta pureza. "

p No futuro, os pesquisadores planejam modificar o reator termogravimétrico para técnicas de caracterização adicionais, como espectrometria Raman ou difração de raios-X, para obter mais informações sobre a dinâmica da formação do SWCNT. Eles também esperam que a abordagem possa ser aplicada a outros sistemas que envolvem reações catalíticas com deposição de produção. p © 2013 Phys.org