مطالعه اثر بستر دی اکسید تیتانیوم بر ابعاد و خواص نانولوله های کربنی رشد یافته به روش رسوب بخار شیمیایی

در این پروژه، نانوذرات کاتالیستی اکسیدهای آهن، کبالت و نیکل (و ترکیب آن ها) نشانده شده بر دو فاز روتایل و آناتایز بستر tio2، به روش تلقیح مرطوب تهیه شدند. سپس رشد نانولوله های کربنی در فشار اتمسفر با استفاده از تجزیه کاتالیستی استیلن به روش رسوب دهی از فاز بخار شیمیایی گرمایی (tcvd) بر پایه سیستم های کاتالیستی تهیه شده، انجام گرفت. اثر برخی از پارامترهای موثر بر رشد، قطر و ساختار نانولوله های کربنی بررسی شده و شرایط بهینه برای رشد نانولوله ها مورد جستجو قرار گرفت. این پارامترها شامل نوع حلال، نوع و ترکیب کاتالیست، فاز ساختاری بستر، دمای کلسینه شدن، نسبت درصد وزنی کاتالیست-بستر، نسبت ترکیب کاتالیستی در غلظت ثابت، دمای واکنش و سرعت جریان گاز هیدروکربن اند. تاکنون بسترهای مختلفی برای تهیه کاتالیست های لازم برای رشد نانولوله های کربنی به کار رفته اند ولی استفاده از دی اکسید تیتانیوم (tio2) بسیار کم مورد توجه محققین بوده است. از ویژگی های این کار تحقیقاتی استفاده از tio2 به عنوان بستر است. جهت مشخصه یابی نانوذرات کاتالیستی و نانولوله های کربنی تولیدشده از دستگاه آنالیز پراش اشعه x (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) و طیف سنجی رامان استفاده گردید. رشد انبوه و یکنواخت نانولوله ها بر پایه اغلب کاتالیست های تهیه شده در این تحقیق، ثابت می کند که دی اکسید تیتانیوم می تواند به عنوان یک بستر نگه دارنده مناسب به کار گرفته شود. به منظور بررسی اثر فاز ساختاری بستر، کاتالیست های تک گانه ni و دوگانه fe-co نشانده شده بر دو فاز روتایل و آناتایز بستر tio2 تهیه شدند. کاتالیست fe-co نشانده شده بر فاز روتایل از اندازه نانوذرات کوچک تر، فعالیت کاتالیستی بیش تر و نانولوله های برآمده از آن از قطر متوسط کوچک تر در مقایسه با پایه آناتایز برخوردار است. هم چنین، نانوذرات اکسید نیکل بزرگ تر با بهره کربنی کمتر و نانولوله هایی با قطر متوسط بزرگ تر بر فاز روتایل در مقایسه با پایه آناتایز شکل گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش دمای کلسینه در گستره دمایی ?c600-300 منجر به افزایش آگلومره شدن کاتالیست و اندازه متوسط نانوذرات، افزایش قطر متوسط و کاهش کیفیت نانولوله های کربنی می شود. از سوی دیگر، با افزایش نسبت درصد وزنی کاتالیست-بستر از 10% به 40%، فعالیت کاتالیستی کاهش و کیفیت نانولوله ها افزایش یافت. استفاده از کاتالیست دوگانه fe-co/tio2 در مقایسه با دو پایه کاتالیستی تک گانه fe/tio2 و co/tio2 منجر به نانوذراتی با ابعاد کوچک تر، فعالیت کاتالیستی بیش تر و نانولوله هایی با قطر متوسط کمتر شد. نانوذرات نیکل و کبالت سنتزشده بر پایه کاتالیستی دوگانه ni-co/tio2 از اندازه متوسط کوچک تر و متعاقباً نانولوله های کربنی برآمده از آن ها از قطر متوسط کوچک تر و کیفیت ساختاری بهتر در مقایسه با دو پایه تک گانه ni/tio2 و co/tio2 برخوردار است. هم چنین، افزایش دمای رشد نانولوله ها از ?c600 تا ?c800 بر پایه کاتالیستی fe-co/tio2 باعث کاهش بهره کربنی، افزایش قطر و کیفیت نانولوله های کربنی شد.