Влияние серы на выход и морфологию длинных углеродных нанотрубок

Изучено влияние серосодержащего активатора роста длинных углеродных нанотрубок на выход и морфологию получаемых продуктов синтеза при температуре 1150$^\circ$С аэрозольным методом газофазного химического осаждения. Использованы различные концентрации серосодержащего активатора в реакционной смеси, где содержание серы варьировали в диапазоне 0.1–2.0 mass%. Продукты синтеза исследовали методами электронной микроскопии и термогравиметрии. Показано, что содержание серы существенно влияет как на выход, так и на морфологию получаемого продукта синтеза, а также на содержание остаточного катализатора. Выявлено, что при содержаниях серы от 0.1 до 0.5 mass% в продуктах синтеза превалируют длинные однонаправленные углеродные нанотрубки, а при содержании серы 0.5 mass% появляются еще изогнутые и Y-образные нанотрубки. При дальнейшем увеличении содержания серы в реакционной смеси доля длинных однонаправленных углеродных нанотрубок в продуктах синтеза уменьшается, появляются “оперенные нанотрубки”, в том числе сфероидальные частицы. Использование 1.0 mass% и более серы в реакционной смеси приводит к полному прекращению роста углеродных нанотрубок с образованием наноразмерных кластеров аморфного углерода и графитоподобных частиц углерода. Полученные результаты позволили найти оптимум по содержанию серы в реакционной смеси для синтеза длинных углеродных нанотрубок с высоким выходом. Показано, что присутствие серы существенно влияет на характер взаимодействия углерода с поверхностью активной частицы катализатора, при этом ослабевает связь нанотрубок с железом, что благоприятно влияет на их рост.