_ Nou aliaj de înaltă entropie catalizatori de nanoparticule pentru creșterea nanotuburilor de carbon de înaltă densitate

Aliajele cu entropie ridicată (HEA) au atras o atenție semnificativă în diverse domenii datorită proprietăților lor unice, cum ar fi rezistența și duritatea ridicată și stabilitățile termice și chimice ridicate.

Spre deosebire de aliajele convenționale, care încorporează de obicei cantități mici de unul sau două metale suplimentare, HEA constituie o soluție solidă de cinci sau mai multe metale în raport atomic egal. Această compoziție unică are ca rezultat structuri de suprafață unice și complexe care conțin multe locuri active diferite, potrivite pentru reacții catalitice. Drept urmare, în ultimii ani, nanoparticulele HEA (NP-uri) au fost studiate pe larg pentru potențialul lor catalitic.

Cu toate acestea, în ciuda potențialului lor, NP-urile HEA nu au fost niciodată folosite ca catalizatori pentru creșterea nanotuburilor de carbon cu un singur perete. (SWCNT-uri). SWCNT, tuburi la scară nanometrică formate din carbon, prezintă proprietăți remarcabile, cum ar fi rezistența excepțională și conductivitate termică și electrică, făcându-le valoroase în multe domenii, cum ar fi componentele bateriilor și biosenzorii pentru aplicații biomedicale și agricole.

În consecință, există o nevoie urgentă de metode de sinteză eficiente pentru SWCNT, care necesită dezvoltarea de catalizatori eficienți.

Într-un studiu de pionierat, o echipă de cercetători din Japonia, condusă de profesorul Takahiro Maruyama de la Departamentul de Chimie Aplicată de la Universitatea Meijo , a realizat, pentru prima dată, creșterea SWCNT-urilor folosind NP-uri HEA.

„CNT-urile dețin un potențial imens în numeroase domenii. Dacă le putem reduce costul de sinteză și obținem o creștere selectivă a SWCNT-urilor prin îmbunătățiri ale catalizatorului, ar putea deschide calea pentru dispozitive de mare viteză și diferiți senzori optici, făcându-ne viața mai confortabilă”, spune prof. Maruyama.

În studiile anterioare, echipa prof. Maruyama a reușit să crească SWCNT folosind metale individuale precum iridiul. , platină și rodiu ca catalizatori. Bazându-se pe descoperirile lor, în acest studiu, ei au folosit NP HEA compuse din cinci metale din grupa platinei (5 PGM), inclusiv rodiu, rubidiu, paladiu, iridiu și platină.

Prof. Maruyama explică: „Având în vedere că NP-urile PGM HEA au adesea activități mai mari decât catalizatorii PGM individuali, am teoretizat că NP-urile HEA compuse din PGM ar putea acționa ca catalizatori foarte activi pentru creșterea SWCNT-urilor.”

Echipa a sintetizat SWCNT-uri prin intermediul proces de depunere chimică în vapori (CVD), în care SWCNT-urile sunt crescute prin depunerea straturilor de materiale atom cu atom pe o suprafață solidă în vid. CVD a fost efectuat folosind acetilenă ca materie primă la 750°C timp de 10 minute cu cele 5 PGM HEA NP ca catalizatori. Acest lucru a dus la creșterea SWNCT de înaltă densitate cu lungimi mai mari de 1 micrometru. În plus, analiza Raman a arătat că SWNCT-urile aveau diametre în intervalul 0,83–1,1 nanometri.

Pentru a compara performanța NP-urilor HEA, ei au sintetizat, de asemenea, SWNCT-uri folosind metale individuale ca catalizatori, alături de fier și cobaltul, cei mai des utilizați catalizatori pentru obținerea de SWCNT cu randament ridicat în același proces CVD. Experimentele au arătat că activitatea catalitică a NP-urilor HEA a fost considerabil mai mare decât cea a metalelor individuale PGM și a fost comparabilă cu cea a fierului și a cobaltului.

Echipa a atribuit această activitate ridicată structurii unice de suprafață a NP-urilor HEA. care oferă diverse locuri active pentru reacția catalitică datorită diversității structurii lor atomice.

"Rezultatele noastre arată că 5 PGM HEA NP-uri sunt foarte potrivite pentru creșterea SWNCT cu diametru mic, reprezentând o potrivire complet nouă. între materiale. Mai mult, având în vedere nenumăratele combinații posibile pentru compoziția HEA, studiul nostru poate deschide calea pentru catalizatori chiar superiori", spune prof. Takamura.

În general, acest studiu demonstrează eficacitatea NP-urilor HEA ca catalizatori pentru creșterea SWCNTS de înaltă calitate, deschizând noi căi în cercetarea nanotuburilor de carbon.

Cercetarea este publicată în jurnal. Fizica aplicată Express.

(Fluierul)