В работе изучены особенности получения Со-Мо/Al2O3 катализатора синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) методом термического разложения. Выявлено, что продолжительность реализации стадии термического разложения предкатализатора в процессе получения металлоксидной системы оказывает существенное влияние на ее активность в процессе синтеза углеродных наноструктурных материалов методом газофазного химического осаждения (ГФХО). Доказано, что эффективный катализатор синтеза УНТ можно получить методом термического разложения, при реализации термообработки в одну ступень (разложение предкатализтора), при этом отсутствует вторая ступень – стадия прокаливания металлоксидной системы. Использование Co-Mo/Al2O3 катализатора, полученного методом термического разложения без реализации стадии прокаливания, в процессе ГФХО способствует снижению себестоимости синтезируемых УНТ. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано, что от условий термообработки предкатализатора зависит размер зерен, и удельная поверхность формируемого Со-Мо/Al2O3 катализатора. Управляя условиями реализации процесса термического разложения предкатализатора (температура, объем, продолжительность и др.) можно регулировать не только характеристики получаемого катализатора (удельная поверхность, эффективность), но и УНТ (диаметр, степень дефектности). В ходе экспериментов определены оптимальные режимы реализации методики получения Со-Мо/Al2O3 катализатора позволяющие формировать систему с удельной поверхностью ~108 м2/г. Использование полученного катализатора в процессе синтеза наноструктурных материалов обеспечивает высокий удельный выход многослойных УНТ диаметром 8-20 нм со степенью дефектности 0,97.

катализатор, термообработка, синтез, углеродные нанотрубки, эффективность

1. Плетнёв М.А., Кухто А.В. Свойства функциональных материалов на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями // Интеллектуальные системы в производстве. 2016. С. 142–145.

2. Liu L., Zhang S., Yan F., Li Ch. et al. Three-dimensional Hierarchical MoS2 Nanosheets/Ultralong N-doped Carbon Nanotubes as High-Performance Electromagnetic Wave Absorbing Material // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. № 16. P. 14108–14115. doi: 10.1021/acsami.8b00709

3. Zhao T., Ji X., Jin W., Wang Ch. et al. Direct in situ synthesis of a 3D interlinked amorphous carbon nanotube/graphene/BaFe12O19 composite and its electromagnetic wave absorbing properties // RSC Advances. 2017. № 26. P. 15903–15910. doi: 10.1039/C7RA00623C.

4. Du F., Dai Q., Dai L., Zhang Q. et al. Vertically-Aligned Carbon Nanotubes for Electrochemical Energy Conversion and Storage // Nanomaterials for Sustainable Energy. 2016. Р. 253–270. doi: 10.1007/978–3–319–32023–6_7

5. Kumar M. Chemical Vapor Deposition of Carbon Nanotubes: A Review on Growth Mechanism and Mass Production // Nanoscience and Nanotechnology. 2010. № 10. Р. 3739–3758.

6. Magrez A., Seo J.W., Smajda R., Mioniс M. et al. Catalytic CVD Synthesis of Carbon Nanotubes: Towards High Yield and Low Temperature Growth // Materials (Basel). 2010. V. 3. № 11. Р. 4871–4891. doi: 10.3390/ma3114871

7. Мищенко С.В., Ткачев А.Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

8. Рухов А.В. Основные процессы синтеза углеродных нанотрубок методом газофазного химического осаждения // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. № 9. С. 117–121.

9. Рухов А.В. Основные процессы и аппаратурное оформление производства углеродных наноматериалов: диссертация… доктора технических наук: 05.17.08. Иваново, 2013. 344 с.

10. Kulmeteva V.B., Maltsev I.A. Effect of specification catalytic pyrolysis of ethanol vapor on characteristic of carbon nanotubes // Digital scientific journal. 2014. № 6. URL: http://www.science-education.ru/pdf/2014/6/739.pdf

11. Muangrat W., Porntheeraphat S., Wongwiriyapan W. Effect of Metal Catalysts on Synthesis of Carbon Nanomaterials by Alcohol Catalytic Chemical Vapor Deposition // Engineering journal. 2013. V. 17. № 5. Р. 35–39. doi:10.4186/ej.2013.17.5.35

12. Kukovitsky E.F., L'vov S.G., Sainov N.A., Shustov V.A. et al. Correlation between metal catalyst particle size and carbon nanotube growth // Chemical Physics Letters. 2002. V. 355. № 5–6. P. 497–503.

13. Oyewemi A., Abdulkareem A.S., Tijani J.O., Bankole M.T. et al. Controlled Syntheses of Multi-walled Carbon Nanotubes from Bimetallic Fe–Co Catalyst Supported on Kaolin by Chemical Vapour Deposition Method // Arabian Journal for Science and Engineering. 2019. V. 44. № 6. Р. 5411–5432. doi: 10.1007/s13369–018–03696–4.

14. Rukhov A.V., Burakova E.A., Bakunin E.S., Besperstova G.S. et al. Features of technology of preparation of catalytic systems by thermal decomposition for synthesis of carbon nanotubes // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. V. 8. Р. 802–807. doi: 10.1134/S2075113317050276.

15. Burakova E., Dyachkova T., Besperstova G., Rukhov A. et al. Peculiarities of obtaining a catalyst for the synthesis of nanostructured carbon materials via thermal decomposition // AIP Conference Proceedings. 2017. V. 1899. P. 020008. doi: 10.1063/1.5009833.