ارائه کاتالیستی برای سنتز نانولوله‌کربنی که از آهن و کبالت بهتر عمل می‌کند

محققان نشان دادند که نوع کاتالیست آلیاژی می‌تواند با کارایی بالا نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تولید کند که نسبت به آهن و کبالت، محصول بهتری ایجاد می‌کند.

کد خبر: ۶۸۸۸۶۵

تاریخ: ۲۵ فروردين ۱۴۰۳ - ۱۴:۱۴

به گزارش ایران اکونومیست، خواص استثنایی آلیاژهای آنتروپی بالا (HEAs)، از جمله استحکام و سختی بالا و همچنین پایداری حرارتی و شیمیایی بالا، موجب شده تا توجه خاصی به این ترکیبات صورت گیرد.

برخلاف آلیاژهای معمولی که اغلب حاوی مقادیر کمی از یک یا دو فلز اضافی هستند، آلیاژهای آنتروپی بالا معمولا ترکیبی از پنج یا چند فلز در نسبت اتمی برابر هستند. این ترکیب متمایز باعث ایجاد ساختارهای پیچیده‌ای می‌شود که دارای مکان‌های فعال متنوعی هستند که منجر به واکنش‌های کاتالیزوری می‌شوند. در نتیجه، به دلیل پتانسیل کاتالیزوری، نانوذرات آلیاژهای آنتروپی بالا در سال‌های اخیر توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند.

با وجود این پتانسیل، نانوذرات آلیاژهای آنتروپی بالا هرگز به عنوان کاتالیزور برای رشد نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (SWCNT) استفاده نشده‌اند. این نوع نانولوله ها، در کاربردهای مختلفی مانند قطعات باتری و حسگرهای زیستی برای مصارف پزشکی و کشاورزی ارزشمند هستند. آنها خواص قابل توجهی مانند استحکام استثنایی و هدایت حرارتی و الکتریکی بالا را از خود نشان می‌دهند. بنابراین، توسعه کاتالیزورهای کارآمد برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد برای  سنتز SWCNT ضروری است.

به تازگی گروهی از دانشمندان ژاپنی به سرپرستی پروفسور تاکاهیرو مارویاما از گروه شیمی کاربردی دانشگاه میجو، موفق شده تا با کمک کاتالیزورهای آلیاژهای آنتروپی بالا، اقدام به تولید نانولوله‌های کربنی تک‌جداره کند. یافته‌های این گروه در نشریه Chemical Physics Letters به چاپ رسیده است.

این گروه تحقیقاتی، پیش از این از کاتالیزورهای ساخته شده از فلزات منفرد مانند ایریدیوم، پلاتین و رودیوم، برای تولید نانولوله‌های کربنی تک‌جداره استفاده کرده‌اند. آنها با استفاده از نانوذرات HEA ساخته شده از پنج فلز گروه پلاتین (۵ PGM) یعنی رودیوم، روبیدیم، پالادیوم، ایریدیوم و پلاتین، نانولوله‌های کربنی تولید کردند.

به نقل از ستاد نانو، تاکاهیرو مارویاما، استاد گروه شیمی کاربردی دانشگاه میجو می‌گوید: با توجه به اینکه نانوذرات PGM آلیاژی آنتروپی بالا اغلب فعالیت‌های بالاتری نسبت به کاتالیزورهای PGM منفرد دارند، ما این نظریه را مطرح کردیم که این نانوذرات آلیاژی آنتروپی بالا ممکن است به عنوان کاتالیزورهای بسیار فعال برای رشد SWCNTها عمل کنند.

این گروه تحقیقاتی با کمک روش لایه‌نشانی اتمی از فاز بخار و با استفاده از این کاتالیست، نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تولید کردند. این نانولوله‌ها طولی در ابعاد یک میکرون و قطر ۰٫۸۳ تا ۱٫۱ نانومتر داشت. کارایی این روش از روش‌هایی که از کاتالیست آهن و کبالت استفاده می‌کنند، بیشتر بود. این روش برای تولید نانولوله‌هایی با قطر کم بسیار مناسب است.