Ученые из США, Великобритании и Испании разработали новый метод очистки углеродных нанотрубок.В двухстадийном процессе использовали обычную микроволновую печь. Результаты работы опубликованы в журнале RSC Advances.

Для практического применения нанотрубок необходима их высокая химическая чистота. Однако в процессе синтеза из углеродсодержащих газов в них остаются следовые количества металлического катализатора, чаще всего железа. Его удаление представляет сложную задачу, поскольку в процессе синтеза частицы железа покрываются слоем углерода. Как правило, для удаления металла применяют азотную кислоту,нитрующую смесь или перманганат калия, однако эти сильные окислители могут повредить нанотрубки, снижая их качество.

Процесс очистки нанотрубок. Иллюстрация: Virginia Goméz Jiménez / Swansea University

Сотрудники Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас, британского Университета Суонси и испанского Сарагосского университета предложили проводить очистку нанотрубок в две стадии. На первой стадии они в течение минуты нагрели продукт синтеза в бытовой1000-ваттной микроволновой печи в присутствии атмосферного воздуха. Излучение удалило аморфные углеродные оболочки с остатков катализатора и вызвало реакцию металла с кислородом, что повысило степень его окисления с Fe(0) до Fe(II)/Fe(III). Такое окисленное железо легче вступает в реакцию с галогенами.

На второй стадии нанотрубки обработали при 600 градусах Цельсия в вакууме газообразным хлором. Образовавшийся хлорид железа удалили аргоном. За тем, насколько чистыми получались нанотрубки, исследователи наблюдали с помощью термогравиметрического и дифференциального термического анализа, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии, рентгеновского фотоэлектронного анализа и рамановской спектроскопии.

Выяснилось, что новый метод эффективно снизил количество железа как в одностенных, так и в многостенных нанотрубках до не значимых величин. При этом качество самого наноматериала не пострадало. Помимо удаления катализатора обработка нанотрубок микроволновым излучением улучшала термическую стабильность, механические свойства и электрическую проводимость нанотрубок. 

Углеродные нанотрубки представляют собой наноматериал, состоящий из одного или нескольких слоев графена, свернутых в трубку. Благодаря своим механическим, электрическим,термическим и оптическим свойствам нанотрубки находят все более широкое применение в электронике, композитных материалах, биомедицине и других областях.

Автор: Олег Лищук