Nye højentropi legerede nanopartikelkatalysatorer til dyrkning af kulstofnanorør med høj tæthed

I tidligere undersøgelser havde Prof. Maruyamas team succes med at dyrke SWCNT'er ved hjælp af enkeltmetaller såsom iridium, platin og rhodium som katalysatorer. På baggrund af deres resultater brugte de i denne undersøgelse HEA NP'er bestående af fem platingruppemetaller (5 PGM), herunder rhodium, rubidium, palladium, iridium og platin.

Prof. Maruyama forklarer:"I betragtning af, at PGM HEA NP'er ofte har højere aktiviteter end individuelle PGM-katalysatorer, har vi teoretiseret, at HEA NP'er sammensat af PGM'er kan fungere som yderst aktive katalysatorer for dyrkning af SWCNT'er."

Holdet syntetiserede SWCNT'er gennem processen med kemisk dampaflejring (CVD), hvor SWCNT'er dyrkes ved at afsætte lag af materialer atom for atom på en fast overflade i et vakuum. CVD blev udført under anvendelse af acetylen som råmateriale ved 750 ⁰ C i 10 minutter med de 5 PGM HEA NP'er som katalysatorer. Dette resulterede i væksten af ​​SWNCT'er med høj densitet med længder længere end 1 mikrometer. Derudover viste Raman-analyse, at SWNCT'erne havde diametre i området 0,83-1,1 nanometer.

For at sammenligne ydeevnen af ​​HEA NP'erne syntetiserede de også SWNCT'er ved hjælp af de individuelle metaller som katalysatorer sammen med jern og kobolt, de mest almindeligt anvendte katalysatorer til at opnå højtydende SWCNT'er i den samme CVD-proces. Eksperimenter viste, at den katalytiske aktivitet af HEA NP'er var betydeligt højere end den af ​​de individuelle PGM-metaller og var sammenlignelig med den af ​​jern og kobolt.

Holdet tilskrev denne høje aktivitet til den unikke overfladestruktur af HEA NP'er, der giver forskellige aktive steder for katalytisk reaktion på grund af mangfoldigheden af ​​deres atomare struktur.

"Vores resultater viser, at 5 PGM HEA NP'er er særdeles velegnede til væksten af ​​SWNCT'er med lille diameter, hvilket repræsenterer en helt ny matchmaking mellem materialer. Desuden kan vores undersøgelse, givet de utallige kombinationer, der er mulige for HEA-sammensætningen, bane vejen for selv overlegne katalysatorer ," siger prof. Takamura.

Samlet set viser denne undersøgelse effektiviteten af ​​HEA NP'er som katalysatorer for væksten af ​​højkvalitets SWCNTS, hvilket åbner nye veje inden for forskning i kulstofnanorør.

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Applied Physics Express .

Flere oplysninger: Tomoki Omae et al., Udvikling af nanostrukturerede Ge/C-anoder med et multistablingslag fremstillet via Ar højtrykssputtering til højkapacitets Li+-ion-batterier, Applied Physics Express (2024). DOI:10.35848/1882-0786/ad2785

Leveret af Meijo University