Тезисы
апрель 2017

Получение углеродных наноструктур электродуговым синтезом


Зеленский О. И. , Костенко Р. И. , Пеньковская М. Э. , Кеуш Л. Г.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

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.