Получение углеродных наноструктур электродуговым синтезом
Зеленский О. И., Костенко Р. И., Пеньковская М. Э., Кеуш Л. Г.
Хімія та сучасні технології
В настоящее время для синтеза углеродных наноструктур (УНС), таких как однослойные и многослойные углеродные нанотрубки, нановолокна, фуллерены, используются различные методы, среди которых наиболее перспективными считаются электрический дуговой разряд, лазерная абляция и каталитический пиролиз углеводородов.
Наряду с большим числом работ, посвященных получению фуллеренов, нанотрубок и исследованию их свойств, имеются также работы, направленные на эксперименты с анодами для электродугового синтеза.
В настоящей работе исследовалась возможность синтеза УНС в электрический дуге с использованием анодов, изготовленных из продуктов коксования угля.
Анодную смесь изготавливали из следующих компонентов:
пековый кокс – 75 %;
среднетемпературный пек – 5 %;
каменноугольная смола – 15 %;
катализатор NiO – 1 %;
катализатор Fe(CO)5 – 4 %.
Каменноугольная смола и пек применялись в качестве связующего в анодной массе.
Суть электродугового метода заключается в испарении углерода анода при постоянном токе 80-90 А и напряжении 20-25 В в атмосфере инертного газа аргона (Ar).
В процессе проведения электродугового синтеза было получено три углеродных продукта: углеродная «паутина», которая находилась между стенками камеры и электродами, отложения сажи и катодный депозит.
Полученная углеродная «паутина», как правило, содержала различные виды углеродных нанотрубок, частицы металлического катализатора, аморфный углерод или графеновые слои, а также присутствуют сажевые частицы разной степени структуризации.
С помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) установлено, что углеродная «паутина» в большей степени состоит из многослойных углеродных нанотрубок (рис. 1).
Рисунок 1 – Многослойные углеродные нанотрубки из углеродной «паутины» (ПЭМ, a –х60000, b – х200000).
На рис. 2 представлены спектры толуольных экстрактов сажи. Установлено, что в УФ-видимой области 280-360 нм для экстрактов № 1 и № 2 присутствуют характерные пики, которые отображают наличие фуллеренов C60 и C70.
Рисунок 2 – Спектры толуольных экстрактов фуллеренсодержащей сажи.
Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что использование в составе анодной смеси продуктов коксования угля (пековый кокс, каменноугольные смола и пек) позволяет получать наноструктуры различных видов с низкой стоимостью. Полученные УНС могут применяться в различных областях производственной практики.