Структура и свойства углеродных нанотруб, синтезированных CVD-методом на катализаторах, полученных при термолизе тартрата кальция, допированного Fe, Co, Ni

• Автор: Шляхова, Елена Валентиновна
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Аллотропные формы углерода.

1.2. Методы синтеза углеродных нанотруб УНТ.

1.3. Способы приготовления катализатора для V i v

ii метода.

1.3.1. Пропитка.

1.3.2. Зольгель метод

1.3.3. Метод мокрого сжигания.

1.3.4. Метод соосаждения

1.3.5. Термическое разложение карбонильных комплексов.

1.3.6. Восстановление металлатов
1.3.7. Взаимодействие металла с подложкой.
1.4. Механизм роста углеродных структур в V процессе
1.5. Свойства углеродных структур.
1.5.1. Эмиссионные характеристики углеродных структур.
1.5.2. Электрохимические харакгеристики углеродных струкгур
Заключение к ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. Синтез и исследование тарграта кальция, допированного
переходным металлом , Со, i и их смеси и продуктов его термолиза
2.1. Получение тартрат кальция, допированного переходным
металлом , Со, i и их смеси
2.2. Исследование тартрат кальция, допированного переходным металлом , Со, i и их смеси.
Заключение к ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. Vсинтез и исследование углеродных структур.
3.1. Функциональная схема Vустановки
3.2. Синтез УНТ с использованием С2Н5ОН
3.2.1. Влияние разложения тартрата кальция, допированного переходным металлом, в различных атмосферах на свойства образующейся каталитической системы для синтеза УНТ из С2Н5ОН.
3.2.2. Влияние времени термического разложения тартрат кальция, допированного переходным металлом на образующиеся углеродные структуры.
3.2.3. Влияние температуры Vсинтеза на структуру УНТ
3.2.4. Влияние парциального давления спирта в реакторе на структуру УНТ
3.2.5. Влияние типа каталитического металла на углеродные структуры, образованные в результате Vсинтеза
3.2.6. Влияние концентрации металлакатализатора в М системе на образованные углеродные структуры
3.3. Синтез УНТ с использованием СН
3.3.1. Влияние условий процедуры разложения тартрата кальция, допированного переходным металлом, на свойства образующейся каталитической системы.
3.3.2. Влияние времени термического окисления тартрата кальция, допированного переходным металлом, на структуру осажденного углерода.
3.3.3. Влияние температуры Vсинтеза на структуру УНТ
3.3.4. Влияние типа переходного металла в исходном соединении на структуру УНТ
3.3.5. Влияние концентрации каталитического металла в СоСаО
системе на структуру УНТ.
3.4. Синтез УНТ с использованием других углсродсодержащих
соединений.
3.4.1. Синтез УНТ с использованием СО в качестве источника углерода.
3.4.2. Синтез УНТ с использованием 3 в качестве источника углерода.
Заключение к ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. Исследование свойств УНТ.
4.1. Автоэмиссионные свойства УНТ.
4.2. Электрохимические свойства углеродных материалов.
Заключение к ГЛАВЕ 4.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Высокое аспектное отношение, механическая прочность и химическая инертность УНТ делает их перспективным материалом для создания автоэмиссионпых катодов. Актуальной областью исследования свойств углеродных материалов является также их использование в качестве электродов для высокоэффективных электрохимических конденсаторов, использующих процессы перезарядки двойного электрического слоя на поляризуемых электродах с высокой удельной поверхностью. Поиск новых катализаторов, систематическое исследование влияния основных параметров процесса на структуру и свойства получаемых углеродных структур является актуальной проблемой, решение которой, в перспективе, позволит разработать подходы для синтеза УНТ с контролируемыми структурными параметрами. УНТ методом V с использованием каталитической системы, полученной в результате термического разложения тартрата кальция, допированного переходным металлом , Со, i и их смеси, исследование структуры углеродного материала и его автоэмиссионных и электрохимических свойств. Со, i и их смеси. Выявление материалов, наиболее перспективных для применения в качестве автоэмиссионных катодов и электродов сунсрконденсаторов. Научная новизна работы. Впервые продемонстрирована возможность использования тартрата кальция, допированного переходным металлом М , Со, i и их смеси, в качестве предшественника каталитической системы МСаО для синтеза УНТ методом V. СаО и наночастиц переходного металла или оксида металла в зависимости от среды разложения. Для восстановления оксида до металлического состояния необходимо использование водорода или углеводородных соединений в процессе Vсинтеза. Показано, что закрепление каталитической частицы на носителе СаО приводит к формированию индивидуальных нанотруб, не собранных в пучки. Обнаружена корреляция между размерами металлических частиц, сформированных при разложении предшественника каталитической системы в инертной атмосфере, и диаметром УНТ. Обнаружено, что система i СаО обладает наибольшей каталитической активностью в реакциях разложения С2Н5ОН и СН4 по отношению к осаждению углерода. Установлено, что концентрация переходного металла в каталитической системе М СаО влияет на структуру углеродных частиц, образующихся в процессе V. При концентрации переходного металла 4 ат. УНТ или нановолокна, уменьшение концентрации переходного металла до 1 ат. С2Н5ОН и УНТ малого диаметра из СЫ4. Продемонстрировано, что порог появления автоэмиссионного тока понижается с уменьшением диаметра УНТ материалы, полученные из С2Н5ОН или СН4 или при внедрении небольшого количества азота в стенки УНТ материалы, полученные из 3. Установлено, что пористый углеродный материал, синтезированный из 2II5 с использованием каталитической системы СаО с концентрацией переходного металла меньше 1 ат. Фг в водном электролите. Практическая значимость. Результаты систематического исследования каталитического роста УНТ являются основой для целенаправленного синтеза материалов, обладающих заданными эмиссионными и электрохимическими свойствами, и могут быть использованы для разработки технологии крупномасштабного производства этих материалов. Написание научных публикаций проводилось совместно с соавторами работ и научными руководителями. Апробация работы. УНТ, Монпелье, Франция, , 4м совместном РоссийскоКитайском семинаре по современным полупроводниковым материалам и устройствам Новосибирск, , международной конференции Биарритц, Франция, . Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 8 тезисов всероссийских и международных конференций, получен I патент. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 1 странице и включает 4 таблицы, рисунков и библиографию из 8 наименований. ИНХ СО РАН по приоритетному направлению 5. Создание нового поколения материалов различного функционального назначения для использования в технике, в медицине, в химической технологии. Химия наночастиц и наиообъектов в рамках проекта РФФИ 6 и Государственных контрактов ФЦП .