При помощи метода рамановской спектроскопии химики из МГУ имени М.В.Ломоносова проследили и визуализировали химические и физические процессы, происходящие с углеродными нанотрубками. Исследователи окисляли нанотрубки азотной кислотой, нагревали их и использовали как носитель для кобальтовых катализаторов. Результаты исследования ученые представили в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

В своей работе ученые использовали рамановскую спектроскопию или, как ее называют в русскоязычной литературе, спектроскопию комбинационного рассеяния. Данный метод позволяет проследить и визуализировать процессы, происходящие с углеродным материалом при его химической или физической обработке.

«Как правило, возможности этого метода используются далеко не полностью. Это связано с несколькими трудностями: с трудоемкостью математической обработки большого количества спектров, с тем, что метод не является количественным и, кроме того, до конца не ясны причины появления некоторых линий в спектрах, из-за чего невозможно сравнивать разные виды углеродных материалов между собой», — комментирует работу первый автор статьи Сергей Черняк, научный сотрудник кафедры физической химии химического факультета МГУ.

В работе химики попытались показать, что, несмотря на все эти недостатки, рамановская спектроскопия способна добавить недостающую часть информации к данным классических методов исследования.

«Мы окисляли углеродные нанотрубки в течение разного времени и изучали их методом рамановской спектроскопии. Мыслей о таком объёмном исследовании ещё не было, и мы просто рассчитали стандартные параметры, используемые повсеместно. Но в какой-то момент я наткнулся на пример математической обработки и решил применить это в своём случае. После чтения огромного количества литературы и обработки около 70 спектров, статья приобрела конечную форму», — рассказывает Сергей Черняк.

Помимо спектроскопии комбинационного рассеяния в работе были использованы методы просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгенофазового анализа, низкотемпературной сорбции азота и термоанализа.

Результаты этой работы уже применяются в исследованиях углеродных нанотрубок, модифицированных атомами азота, графена и других углеродных наноматериалов. Данные, полученные для нанотрубок, использованных в качестве носителей для катализаторов гидрирования СО, позволили лучше понять процессы, которые происходят с системой кобальт — углеродные нанотрубки на стадиях синтеза, активации и испытаний катализаторов. Работа выполнена при участии исследователей из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Наньянского технологического университета (Сингапур).