«Нарезка и вставка» графена с металлическими наночастицами осуществлялась под воздействием микроволнового излучения. Выявлены уникальные процессы, происходящие в углеродных слоях под воздействием металлических наночастиц, нагретых микроволновым излучением. Понимание процессов, происходящих в системах металл / углерод, имеет решающее значение для разработки нового поколения высокоэффективных катализаторов для органического синтеза и химической промышленности.
Авторы описали ключевые превращения, ответственные за эволюцию катализатора, в связи с получением наноструктурированных систем металл / углерод.
Исследование, проведенное в лаборатории проф. V.п.Анаников из Института органической химии им.
Зелинского РАН открыл множество процессов, происходящих на поверхности углеродного материала при контакте с наночастицами горячего металла. Наночастицы металлов, нагретые микроволновым излучением, вызывали значительные морфологические изменения углеродной поверхности: образование ямок и каналов, проникновение внутрь углеродного материала и прямой рост углеродных нанотрубок.
В настоящее время широко признано, что открытие и систематическое изучение углеродных нанотрубок было одним из важных прорывов в начале эры нанотехнологий. Углеродные нанотрубки представляют собой наноразмерные трубчатые структуры, состоящие из атомов углерода, расположенных в связанных шестичленных кольцах внутри цилиндрической стенки.
Углеродную нанотрубку с определенной точки зрения можно представить как лист графена (плоский лист одноатомной толщины), свернутый в цилиндр и приклеенный углеродом по краям. Прямой доступ к углеродным нанотрубкам, начиная с графена (и особенно начиная с гораздо более дешевого предшественника – слоев графена в графите), был бы выдающимся процессом, представляющим большой практический интерес.
Возникают вопросы: как легко разрезать листы графита и свернуть их?? Нарушает ли это термодинамические факторы?
Настоящее исследование, опубликованное в журнале ACS Catalysis, обнаружило ряд процессов, опосредованных в системах металл-углерод под воздействием микроволнового излучения. "Нарезание" углеродных пластин частицами горячего металла четко наблюдалось с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FE-SEM). «Вставка» атомов углерода в новое место привело к росту углеродных нанотрубок на поверхности графита – процесс также наблюдался в эксперименте в инертной атмосфере.
При теоретическом моделировании авторы рассмотрели следующую возможность: на первых этапах графеновый лист можно разрезать на наноленты шириной в одно ароматическое кольцо.
Затем каждая нанолента сворачивается в циклопарафенилены – эти молекулы известны и были описаны ранее. На более поздних стадиях циклопарафениленовые кольца соединяются вместе, образуя нанотрубку.
Важные этапы этого процесса моделировались квантово-химическими расчетами с использованием теории функционала плотности.