Получение, активирование, функциализация и перспективы применения тонких многослойных углеродных нанотрубок

Э. Г. РАКОВ, И. В. АНОШКИН, НГУЕН ЧАН ХУНГ,

П. В. САРАЕВ, А. В. МАЛЫХ, НГУЕН МАНЬ ТЫОНГ,

А. С. ШИНШИН, А. Л. ДУБАС, С. И. ПОЗИН

Российский химико-технологический университет им. , Москва

ПОЛУЧЕНИЕ, АКТИВИРОВАНИЕ, ФУНКЦИАЛИЗАЦИЯ

И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТОНКИХ

МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Описана технология получения, морфология и некоторые свойства тонких многослойных углеродных нанотрубок. Приведены методы активирования, функциализации и солюбилизации этих нанотрубок. Охарактеризованы перспективные направления их применения.

Углеродные нанотрубки (УНТ) являются одним из перспективных объектов нанотехнологии и основой нового поколения разнообразных материалов, приборов и устройств [1]. К тонким многослойным углеродным нанотрубкам (т-МУНТ) относятся трубки, имеющие от 2 до 5 слоев в виде коаксиальных цилиндров [2, 3]. Они выгодно отличаются от однослойных УНТ тем, что практически не меняют свои механические и электронные свойства при химической функциализации (прививка тех или иных функциональных групп к внешней поверхности), которая необходима для создания композиционных материалов на основе полимеров. УНТ могут быть активированы с развитием удельной поверхности.

В РХТУ им. создана технология получения т-МУНТ путем каталитического пиролиза городского газа (СН4) [4, 5] с последующей отмывкой от катализатора роста т-МУНТ, которая реализована в непрерывно действующих реакторах с перемешиваемым слоем и в полунепрерывном реакторе с движущимся подом. Разработан усовершенствованный метод получения катализаторов роста УНТ различного состава и реактор, который также может действовать в непрерывном режиме. Испытано несколько методов первичной очистки продукта пиролиза от катализатора. Взамен ранее применявшейся высокотемпературной вакуумной отгонки испытывается новый метод тонкой очистки т-МУНТ от окклюдированных во внутренней полости наночастиц металла.

Исследованы процессы активирования т-МУНТ действием КОН [6], функциализация смесью HNO3 и H2SO4, последующее замещение привитых карбоксильных групп на хлорангидридные и амидные.

Изучены коллоидные растворы ковалентно и нековалентно функциализованных т-МУНТ в воде и некоторых органических растворителях. Получены устойчивые водные растворы т-МУНТ с концентрацией до 10 г/л и растворы в хлороформе и о-дихлорбензоле с концентрацией до 2 г/л. Впервые измерено распределение т-МУНТ по длине и диаметру в устойчивых к умеренному центрифугированию коллоидных растворах с такими ПАВ, как тритон Х-100 и додецилсульфат натрия; показана функциональная связь геометрических параметров трубок в коллоидных растворах. Установлены условия проведения седиментационного фракционирования УНТ в водных растворах с выделением фракции растворимых т-МУНТ.

Получены электропроводные мембраны из т-МУНТ с пористостью 80 %, электропроводные пленки с хорошей адгезией к стеклу, композиты с матрицей из поливинилового спирта и полиметилметакрилата.

Образцы т-МУНТ предоставляются заинтересованным организациям для исследований безвозмездно. Возможна поставка функциализованных т-МУНТ и их растворов.

Список литературы

1.  Раков и фуллерены: Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Университетская книга. Логос, 20с., ил.

2.  , , и др. Морфология пиролитических углеродных нанотрубок с малым числом слоев // Ж. физ. химии. 2004. Т. 78. С. 2204 – 2209.

3.  , , и др. Влияние соотношения Mo и Co в катализаторах на выход и морфологию углеродных нанотрубок // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтр. исслед. 2005. № 12. С. 52 – 58.

4.  Получение углеродных наноматериалов каталитическим пиролизом метана в агрегированной установке/, , и др. // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр.: В 21 т. № 8 (56). М.: РХТУ, 2005. Т. 19. С. 121 – 123.

5.  Влияние добавок водорода и состава катализатора на пиролих метана с образование углеродных нанотрубок и нановолокон/, , и др. // Успехи в химии и хим. технологии: Сб. науч. тр.: В 21 т. № 8 (56). М.: РХТУ, 2005. Т. 19. С. 117 –121.

6.  , , и др. Химическое активирование углеродных нанотрубок и нановолокон // Ж. прикл. химии, в печати.