3 Arc Discharge Method Ban đầu, phóng điện hồ quang sử dụng để sản xuất ống nano cacbon Phương pháp biết đến đủ nhiều sử dụng để tổng hợp cacbon dạng sợi sợi Sau kỹ thuật khác cắt đốt laser lắng đọng hóa chất (CVD) kiểm tra trình sản xuất ống nano carbon Trên thực tế, ba yếu tố phương pháp sản xuất Kỹ thuật phóng điện hồ quang (Hình (a)) thường liên quan đến việc sử dụng hai điện cực graphit có độ tinh khiết cao Cực dương than chì nguyên chất chứa kim loại Trong trường hợp thứ hai, kim loại trộn với bột than chì đưa vào lỗ tạo tâm anốt Các điện cực tiếp xúc giây lát hồ quang xuất Quá trình tổng hợp thực áp suất thấp (30-130 torr 500 torr) khí kiểm sốt bao gồm khí trơ / khí phản ứng Khoảng cách điện cực giảm xuống có dịng điện chạy qua (50–150 A) Nhiệt độ vùng điện cực cao đến mức cacbon thăng hoa từ điện cực dương (cực dương) tiêu thụ Khoảng cách không đổi cực dương cực âm trì cách điều chỉnh vị trí cực dương Một plasma hình thành điện cực Plasma ổn định thời gian dài phản ứng cách kiểm soát khoảng cách điện cực điều khiển điện áp (25–40 V) Thời gian phản ứng thay đổi từ 30–60 giây đến 2–10 phút Nhiều loại sản phẩm khác hình thành phận khác lò phản ứng: (1) lượng lớn muội cao su bám thành lò phản ứng; (2) cấu trúc giống mạng lưới cực âm thành buồng; (3) cặn cứng màu xám cuối cực âm; (4) hạt xốp xung quanh mỏ cathode Các kim loại thường sử dụng Fe, Ni, Co, Mo, Y đơn lẻ hỗn hợp Kết tốt thu sử dụng xúc tác lưỡng kim loại Carbon vơ định hình, hạt nano kim loại bao bọc, carbon đa diện có sản phẩm [14,15] Khi chất xúc tác kim loại đồng bay với cacbon phóng điện hồ quang DC, lõi mỏ chứa MWNTs, MWNT chứa đầy kim loại (FMWNTs), hạt nano cacbon graphit (GNP), hạt nano cacbon graphit đầy kim loại (FGNP) hạt nano kim loại (MNP ), bồ hóng dạng bột xốp có chứa MWNTs, FMWNTs SWNTs SWNTs có đầu mút kín, khơng có chất xúc tác tách biệt thành bó Hầu hết SWNT có đường kính từ 1,1–1,4 nm dài vài micrơmét Collarette chủ yếu tạo thành từ SWNTs (80%), cô lập bó, hình thành có mặt số chất xúc tác định Các yếu tố vật lý hóa học ảnh hưởng đến q trình phóng điện hồ quang nồng độ cacbon, phân tán cacbon khí trơ, nhiệt độ lị phản ứng, thành phần chất xúc tác, bổ sung chất xúc tiến diện hydro Những yếu tố ảnh hưởng đến tạo mầm phát triển ống nano, đường kính bên bên chúng loại ống nano (SWNTs, MWNTs) Số lượng hạt nano cacbon giảm sử dụng hydro nguyên chất phản ứng [14] Hình (a) Biểu diễn sơ đồ thiết bị phóng điện hồ quang (b) Thí nghiệm phóng hồ quang N2 lỏng (a) (b) Chúng ta nhấn mạnh Journet et al [15] đề xuất sản xuất quy mô lớn SWNTs với số lượng gam kỹ thuật hồ quang điện Các chất xúc tác sử dụng Ni-Co, Co-Y Ni-Y với tỷ lệ phần trăm nguyên tử khác Trong Bảng 1, nghiên cứu báo cáo loại vật liệu sản xuất pf thay đổi thông số tổng hợp liệt kê bảng Vật liệu nano cacbon tổng hợp phương pháp phóng điện hồ quang áp dụng điều kiện tổng hợp khác Method Plasma rotating Arc discharge Product Comments CNTs Large scale CNTs MWNTs, carbon onions CNTs MWNTs, SWNTs, Conditions Pure graphite electrodes, He References [37] [32] Deionized water Metal filled carbon [31] [30] NaCl solution [29] nanocapsules MWNTs, multishell carbon onions Distorted morphology, irregular shape Liquid environments [28] Method Product Comments SWNTs, nanohorns Conditions References Liquid N2 [27] Spheroidal Arc nanocarbons, discharge graphite Toluene, different types of catalysts sheets, tube-like [25] nanocarbons CNTs Continuous SWNTs, fullerenes, Arc discharge Y/Ni and CaC2/Ni metallofullerenes d = 0.9–1.4 nm SWNT fibers SWNTs, CNT High purity ribbons MWNTs, sheet like structures, spherical particles, beaded CNTs [26] production High yield The product type depends on the catalyst composition Large quantity, high quality, d = 2–6 nm catalyst, He [23] [19] Ho/Ni catalyst [18] PVA, PVA/Fe catalysts, various Fe [17] sources KCl/FeS catalyst, H2 [24] Mixture of Arc discharge Ni/Co/Fe small DWNTs amount of S, Ar:H2 FeS, CoS, NiS catalysts, H2 Bundles of high MWNTs process [21] [22] quality Optimization [20] Graphite electrodes, H2 [35] Straight with d = 20 Pulsed arc CNTs, onion-like particles nm, aggregations of Pure graphite rods, nano-onions d = deionized water [36] 15– 20 nm AC-Arc MWNTs, nano- discharge onions Well graphitized, closed Deionized water, ends, nanoonions d = various carbon sources [33,34] 20–50 nm and catalysts 3.1 Catalyst composition and carbon sources Ni có vai trị thiết yếu q trình tổng hợp SWNTs phương pháp phóng điện hồ quang kim loại đất đóng vai trị chất đồng xúc tác Yao cộng [18] thử nghiệm chất xúc tác Ho / Ni với thiết bị phóng điện hồ quang thơng thường sửa đổi chút Sản phẩm chứa cụm SWNTs dạng lưới cổ áo, dải băng SWNT có chiều dài lên đến 10–20 cm đường kính bó vào khoảng 10–30 nm Từ phép đo Raman, đường kính SWNT riêng lẻ thiết lập nằm khoảng 1,30–1,64 nm Figure Effect of PVA/Fe powder catalyst on the formation of MWNTs (a) MWNTs formed by PVA:Fe 9/1 fillings; (b) sphericallike carbon particles formed by PVA:Fe 1/9 Ref [17] Gu cộng [19] đề cập đến sợi SWNT có độ tinh khiết cao sử dụng chất xúc tác Y / Ni với lượng nhỏ lưu huỳnh Ngoài DWNTs điều chế cách sử dụng chất xúc tác có chứa lưu huỳnh cách thêm lưu huỳnh với số lượng nhỏ vào môi trường phản ứng [20–22] Theo quan sát Wang et al [17], việc bổ sung lượng nhỏ lưu huỳnh dẫn đến hình thành CNTs đầy, làm tăng đường kính MWNTs cách sử dụng chất xúc tác PVA / Fe với Fe (SO4) làm nguồn lưu huỳnh (Hình 3) Các điện cực graphit chứa đầy hợp kim Y-Ni bột Ca2C-Ni thử nghiệm trình tổng hợp SWNTs [23] Mật độ cao bó SWNT có đường kính 20–30 nm dài khoảng 15 µm, số SWNT riêng lẻ phân tử C60 bao bọc tìm thấy muội than (Hình 5) Đường kính SWNT riêng lẻ bó thiết lập từ hình ảnh HRTEM từ Các phép đo Raman, tìm thấy nằm khoảng 1,3–1,4 nm chất xúc tác Y-Ni 0,9–1,1 nm chất xúc tác Ca2C-Ni Tuy nhiên, chất xúc tác Y-Ni xác nhận chất xúc tác hiệu để sản xuất SWNTs quy mơ lớn q trình hồ quang (hiệu suất carbon khoảng 60%) Qiu cộng [24] thử KCl với FeS làm xúc tác Các sản phẩm thu được lắng đọng đế dạng bồ hóng dạng sợi chứa bó DWNTs, thành bên buồng phản ứng dạng bồ hóng giống vải chứa ống nano cacbon riêng lẻ (Hình 6) Từ việc nghiên cứu hàng loạt thí nghiệm với hàm lượng KCl khác nhau, người ta thấy hình thành CNT tăng lên tăng lượng KCl có giới hạn 3% trọng lượng KCl thay hóa chất khác có chứa kali clorua để xem xét vai trò nguyên tố Các tác giả cho clorua hoạt động chất xúc tiến việc hình thành đoạn cacbon có chứa vịng sáu năm cạnh xác định bao hạt nhân mảnh vỡ ban đầu Figure Effect of PVA/Fe2(SO4)3 on the formation of MWNTs (a) MWNTs formed by PVA:Fe2(SO4)3 9/1 (b) Spherical nanoparticles formed by PVA:Fe2(SO4)3 1/9 Ref [17] (a) Hình Hình ảnh HRTEM SWNTs sản xuất cách sử dụng chất xúc tác Y / Ni (a) Một SWCNT giống hoa (b) SWCNTs phát triển riêng lẻ có đường kính lớn tới 1,6 nm (đường gấp khúc biểu thị mũi tên đậm) (c) Một SWCNT xuyên tâm kết hợp với lõi hạt nano cacbon Sự đóng gói phân tử C60 (được biểu thị mũi tên mở) SWCNT thể (a, b) Tham khảo [23] Figure HRTEM images of SWCNTs produced with (a) Y/Ni and (b) CaC2/Ni catalyst Ref [23] hình Ảnh TEM bó DWNT tinh khiết thu xúc tác KCl / FeS Tham khảo [24] Toluene sử dụng nguồn hydrocacbon thay đổi phần tử điện cực từ than chì nguyên chất, đến Mo, Fe Ni thí nghiệm nhóm Okada [25 Độ tinh khiết độ kết tinh sản phẩm tăng lên theo trình tự sau: graphit - có cấu trúc hình cầu với độ kết tinh thấp; Mo cacbon nano hình cầu; Fe - lớp graphit; Ni— graphit, cấu trúc giống ống với số graphit ... phần trăm nguyên tử khác Trong Bảng 1, nghiên cứu báo cáo loại vật liệu sản xuất pf thay đổi thông số tổng hợp liệt kê bảng Vật liệu nano cacbon tổng hợp phương pháp phóng điện hồ quang áp dụng