Synthesis of MWCNTs Using Monometallic and Bimetallic Combinations of Fe, Co and Ni Catalysts Supported on Nanometric SiC via TCVD

كاتاليست‌هاي تك‌گانه و دوگانه شامل فلزات واسط Fe، Co و Ni نشانده شده بر بستر پودر نانومتري كاربيد سيليسيم (SiC) به‌روش تلقيح مرطوب تهيه شدند. سپس نانولوله‌هاي كربني چند ديواره (MWCNT) بر پايه كاتاليست‌هاي تهيه‌شده با استفاده از تجزيه كاتاليستي گاز استيلن در دماي 850 به‌روش رسوب‌گذاري از فاز بخار شيميايي حرارتي (TCVD) رشد يافتند. نانومواد توليدشده (كاتاليست‌ها و نانولوله‌هاي كربني) به‌وسيله‌ي پراش پرتو X (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) و طيف‌سنجي رامان مورد شناسايي و مشخصه‌يابي قرار گرفتند. در اين مقاله، استفاده از پودر نانومتري SiC به‌عنوان بستر نگهدارنده ذرات كاتاليستي و اثر نوع كاتاليست به كار گرفته شده در ويژگي‌هاي نانولوله‌هاي كربني، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه تركيب شيميايي كاتاليست‌هاي Fe، Co و Ni به شكل اكسيد، فريت كبالت (CoFe2O4) و فريت نيكل (NiFe2O4) مي باشد و پودر نانومتري SiC مي‌تواند به‌عنوان يك بستر كاتاليستي مناسب در فرآيند رشد نانولوله‌هاي كربني مورد استفاده قرار گيرد. مشاهده شد كه نانولوله‌هاي كربني توليدشده بر پايه كاتاليست‌ دوگانه Fe-Co در مقايسه با تركيبات دوفلزي ديگر، داراي قطر متوسط كوچكتر، كربن آمورف كم‌تر و موفولوژي متراكم‌تري مي‌‌باشند. روند تغيير فعاليت كاتاليستي تركيبات دوگانه به صورت Fe-Co > Fe-Ni > Co-Ni بدست آمد. هم چنين، مشاهده گرديد كه در ميان سه كاتاليست تك گانه مورد مطالعه، Fe داراي بيش‌ترين فعاليت كاتاليستي است.

Nanometric Carbid Silicon (SiC) supported monometallic and bimetallic catalysts containing Fe, Co, Ni transition metals were prepared by wet impregnation method. Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) were synthesized over the prepared catalysts from catalytic decomposition of acetylene at 850°C by thermal chemical vapor deposition (TCVD) technique. The synthesized nanomaterials (catalysts and CNTs) were characterized by X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Raman spectroscopy. In this paper, using of nanometric SiC powder as catalyst support was examined and the effect of applied catalyst type on characteristics of grown CNTs was investigated. The results revealed that iron, cobalt and nickel are in oxide, cobalt ferrite (CoFe2O4) and nickel ferrite (NiFe2O4) forms and nanometric SiC powder can be applied as an appropriate catalyst support in CNT growth process. It was observed that the produced CNTs on bimetallic Fe-Co possess smaller average diameter, less amorphous carbon and denser morphology compared to other binary metallic combinations. It was found that the catalytic activity of bimetallic composition decreased in the order of Fe-Co > Fe-Ni > Co-Ni. Furthermore, the monometallic Fe catalyst has the most catalytic activity compared to monometallic Co and Ni catalysts.