Новости химической науки > Вольфрамовый катализатор обеспечит хиральность нанотрубок

Исследователи из Китая сделали важный шаг по направлению к преодолению одной из наиболее важных помех, осложняющих применение углеродных нанотрубок для решения высокотехнологических задач – они разработали способ синтеза хирально чистых углеродных нанотрубок.

Хиральность одностенных углеродных нанотрубок [single walled carbon nanotube (SWNT)] задается диаметром трубки (n) и углом ее закрутки (m), и выражается как индекс (n,m). Незначительные изменения этих параметров могут привести к существенному различию свойств. Таким образом возможность получения одностенных углеродных нанотрубок с единственным, причем предопределенным типом хиральности могло бы стать существенным прорывом в области нанотехнологий, однако до настоящего времени задачу получения однородных по хиральности нанотрубок было практически невозможно решить.

Рисунок из Nature, 2014, 510, 522 (DOI: 10.1038/nature13434)

В новой работе исследователи, работающие под руководством Яна Ли (Yan Li) из Университета Пекина, разработали нанокристаллический вольфрамсодержащий каталитический сплав, позволяющий получать одностенные углеродные нанотрубки, на 90% состоящие из образцов с хиральностью (12,6).

Метод получения одностенных углеродных нанотрубок, с помощью химического осаждения паров [chemical vapour deposition (CVD)] паров основан на том, что содержащие углерод пары, например, пары этанола, взаимодействуют с металлосодержащим катализатором, строение которого во многом определяет хиральность образующихся нанотрубок. Обычно такие катализаторы состоят из смеси металлов – железа, никеля, меди или кобальта.

Однако, при температурах выше 800°C строение катализатора нарушается, что приводит к образованию смеси одностенных углеродных нанотрубок с различным значением хиральности. Для решения этой проблемы, исследователи из группы Ли синтезировали новый катализатор – нанокристаллы, состоящие из вольфрама и кобальта, способные сохранять свою поверхностную структуру при температурах, необходимых для проведения химического осаждения паров и, как результат, обеспечивать получение хиральных нанотрубок, с чистотой по хиральности, равной 90%.

Ключом к успеху исследователей был прекурсор – содержащий кобальт и вольфрам молекулярный кластер, который можно обрабатывать при относительно мягких условиях, получая при этом нанокристаллический сплав, в то время как для получения сплавов вольфрама обычно требуются температура около 2000°C и специальные печи. Как отмечает Ли, существует два фактора, важные для понижения температуры образования сплава – атомы кобальта и вольфрама уже перемешаны, и частицы, использующиеся для получения сплава, являются наночастицами.

Другие эксперты в области синтеза углеродных нанотрубок высоко оценивают значение новой работы. Так, Эндрю Баррон (Andrew Barron) из Университета Райса отмечает, что новая работа может стать существенным прорывом в промышленном синтезе углеродных нанотрубок, сходным с разработкой Каминским катализаторов полимеризации олефинов. Баррон говорит, что если открытие Каминского смогло изменить промышленный синтез полимеров, то открытие Ли сможет оказаться столь же значимым для промышленного получения нанотрубок.

Источник: Nature, 2014, 510, 522 (DOI: 10.1038/nature13434)

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы