(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de CNST en de Arizona State University hebben aangetoond dat de algehele katalytische activiteit van nikkeldeeltjes voor de vorming van koolstofnanostructuren wordt verbeterd door de toevoeging van een kleine hoeveelheid goud (minder dan 0,2 molfractie).

In een recente Nano-letters artikel, de onderzoekers evalueren Au/SiO ₂ , Ni/SiO ₂ , en Au-Ni/SiO ₂ nanodeeltjes als katalysatoren voor koolstof nanobuis (CNT) en koolstof nanovezel (CNF) vorming door het meten van het aantal deeltjes dat actief is tijdens buisvorming met behulp van in situ dynamische beeldvorming in een omgevingsscanning transmissie-elektronenmicroscoop.

Koolstof nanostructuren worden over het algemeen gesynthetiseerd door katalytische chemische dampafzetting uit koolstofbronnen zoals acetyleen (C ₂ H ₂ ) en kiemen uit katalysatordeeltjes, inclusief Ni. Echter, slechts enkele katalysatordeeltjes zijn actief bij de vorming van nanostructuren. Deze beperking beïnvloedt de uiteindelijke dichtheid en plaatsing van de nanostructuren, een belangrijke factor voor nanofabricagetoepassingen.

Met behulp van afbeeldingen met hoge resolutie en spectroscopiegegevens die tijdens en na de synthese zijn verzameld, de onderzoekers toonden aan dat de meeste Au segregeert om een ​​inactieve Au-rijke cap te vormen, met slechts een kleine hoeveelheid Au in het actieve gebied van de deeltjes.

Ze laten ook zien dat de structuur van Ni-katalysatordeeltjes transformeert van fcc-metaal naar orthorhombisch nikkelcarbide (Ni ₃ C). Ze geloven dat carbiden worden gevormd door de dynamische evenwichtsomstandigheden die onder deze reactieomstandigheden aanwezig zijn. Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie ondersteunen de hypothese dat lage Au-dopingniveaus (0,06 molfractie) het aantal deeltjes dat actief is voor de vorming van koolstofnanostructuren verhoogt door de energiebarrière voor de diffusie van koolstof in gedoteerd Ni te verlagen tot 0,07 eV vergeleken met 1,62 eV voor zuivere nee.

De onderzoekers breiden deze techniek uit om de rol van metaalcarbidevorming in de activiteit van andere metaalkatalysatoren die worden gebruikt voor de synthese van koolstofnanobuisjes, te evalueren. zoals Fe en Co.