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Exploiting supported vanadium catalyst for single-walled carbon nanotube synthesis
Journal of Materials Science & Technology ( IF 11.2 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1016/j.jmst.2024.11.037 Fangqian Han, Hao An, Qianru Wu, Jifu Bi, Feng Ding, Maoshuai He
Journal of Materials Science & Technology ( IF 11.2 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1016/j.jmst.2024.11.037 Fangqian Han, Hao An, Qianru Wu, Jifu Bi, Feng Ding, Maoshuai He
Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with enriched (n, m) species are in high demand for various advanced applications. Since the SWNT structure is largely influenced by the chemistry of the active catalyst during growth process, exploiting novel catalyst with bias towards specific SWNT chiralities has been challenging. In this work, we introduce a vanadium catalyst supported by mesoporous magnesia (V-MgO) for the selective growth of SWNTs using CO chemical vapor deposition (CVD). At a reaction temperature of 650°C, the (6, 5) SWNT content reaches an impressive 67.9% among all semiconducting species, exceeding the selectivity of many commercial SWNT products. Post-CVD analysis reveals that the catalyst transforms into vanadium carbide (VC), which acts as a nucleation site for SWNT growth. Molecular dynamics simulations indicate that the energy at the SWNT-VC interface and the growth kinetics of SWNTs contribute to the chirality selectivity. This research opens up possibilities for the selective synthesis of SWNTs using cost-effective early transition metals, illuminating their future applications in fields such as bioimaging.
中文翻译:
利用负载钒催化剂合成单壁碳纳米管
具有富集 (n, m) 物种的单壁碳纳米管 (SWNT) 在各种高级应用中的需求量很大。由于 SWNT 结构在很大程度上受生长过程中活性催化剂的化学性质的影响,因此开发偏向特定 SWNT 手性的新型催化剂一直具有挑战性。在这项工作中,我们介绍了一种由介孔镁砂 (V-MgO) 负载的钒催化剂,用于使用 CO 化学气相沉积 (CVD) 选择性生长 SWNT。在 650°C 的反应温度下,(6, 5) SWNT 含量在所有半导体物种中达到令人印象深刻的 67.9%,超过了许多商业 SWNT 产品的选择性。CVD 后分析表明,催化剂转化为碳化钒 (VC),它是 SWNT 生长的成核位点。分子动力学模拟表明,SWNT-VC 界面的能量和 SWNT 的生长动力学有助于手性选择性。这项研究为使用具有成本效益的早期过渡金属选择性合成 SWNT 开辟了可能性,阐明了它们在生物成像等领域的未来应用。
更新日期:2024-12-19
中文翻译:
利用负载钒催化剂合成单壁碳纳米管
具有富集 (n, m) 物种的单壁碳纳米管 (SWNT) 在各种高级应用中的需求量很大。由于 SWNT 结构在很大程度上受生长过程中活性催化剂的化学性质的影响,因此开发偏向特定 SWNT 手性的新型催化剂一直具有挑战性。在这项工作中,我们介绍了一种由介孔镁砂 (V-MgO) 负载的钒催化剂,用于使用 CO 化学气相沉积 (CVD) 选择性生长 SWNT。在 650°C 的反应温度下,(6, 5) SWNT 含量在所有半导体物种中达到令人印象深刻的 67.9%,超过了许多商业 SWNT 产品的选择性。CVD 后分析表明,催化剂转化为碳化钒 (VC),它是 SWNT 生长的成核位点。分子动力学模拟表明,SWNT-VC 界面的能量和 SWNT 的生长动力学有助于手性选择性。这项研究为使用具有成本效益的早期过渡金属选择性合成 SWNT 开辟了可能性,阐明了它们在生物成像等领域的未来应用。