Đây là phương pháp đầu tiên để tổng hợp CNT và cũng là phương pháp đơn giản nhưng rất tốn kém, được phát triển bởi Kraschmer và các cộng sự [56] vào năm 1990 để sản xuất fulơren. Hiện nay, phương pháp này thường được sử dụng để tổng hợp CNT đơn lớp (SWCNT) và đa lớp (MWCNT) với
hiệu suất thấp. Nguyên lý của phương pháp là sự phóng điện giữa hai điện cực graphit được đặt đối diện nhau trong buồng chứa khí trơ (He hoặc Ar) với các điều kiện cơ bản như sau: cường độ dòng điện một chiều 50 ÷ 100 A, hiệu điện thế giữa hai đầu điện cực trong khoảng 20 ÷ 25 V, khoảng cách giữa hai điện cực là vài mm dưới áp suất
500 Torr của He và nhiệt độ trong buồng khi làm việc từ 3000 ÷ 4000 K. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp được mô tả trên hình 1.14. Khi phóng điện, khí giữa hai điện cực than bị
25
ion hóa trở thành dẫn điện. Hồ quang làm cho than ở điện cực anốt bị bốc hơi, bay ra và bám vào điện cực catốt đối diện.
Đối với phương pháp hồ quang điện, sản phẩm thu được phụ thuộc nhiều vào những nguyên tố xúc tác vi lượng có trong điện cực than. Nếu hai điện cực bằng than chì không có xúc tác thì sản phẩm chính thu được là MWCNT, ngoài ra còn lẫn các sản phẩm khác như: các bon vô định hình, các quả cầu các bon, fulơren và graphit. Sản phẩm MWCNT tổng hợp bằng phương pháp này thường có đường kính khoảng từ 5÷30 nm và có độ sai hỏng thấp. Để sản phẩm thu được là SWCNT thì điện cực anốt cần phải trộn thêm các chất xúc tác, ví dụ: Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Cu, Pd, Pt,...hoặc hỗn hợp Fe/Co, Fe/Ni, Fe/Co/Ni, Co/Ni, Co/Pt, Co/Pb... [70]. Ngoài ra để tăng hiệu suất tổng hợp SWCNT, còn có thể sử dụng hỗn hợp kim loại xúc tác: Co/Pt, Ni/Y,....
Nói chung, hồ quang điện là phương pháp đơn giản để tổng hợp CNT có cấu trúc tương đối hoàn hảo, tuy nhiên cấu trúc CNT lại không đồng nhất, dài ngắn, to nhỏ, đa vách, đơn vách, fulơren, cầu các bon ... . Vì vậy, sản phẩm CNT tổng hợp theo phương pháp hồ quang điện khó có thể tách, phân loại ra một loại sản phẩm riêng.