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质谱级乙腈企业彪仕奇:乙腈如何在CVD生长中调节纳米管直径

  2020-04-24 12:00:29 阅读:67
在质谱级乙腈企业彪仕奇今天的文章里,对于具有均匀直径的单壁碳纳米管(SWCNT))存在商业需…
       在质谱级乙腈企业彪仕奇今天的文章里,对于具有均匀直径的单壁碳纳米管(SWCNT))存在商业需求使用催化化学气相沉积(CVD)的手性。介绍了一种机制来解释这种现象使用非平衡量子化学分子动力学模拟。展示了当SWCNT成核时,乙腈衍生的自由基主动从表面烃物种中提取氢。

质谱级乙腈

       在SWCNT前体帽结构中形成的五边形环的数量增加。因为成核动力学比环缺陷愈合的动力学快得多,所以五边形在生长的SWCNT帽结构中“被困”,这导致了高度弯曲的SWCNT帽。

乙腈在CVD生长过程中可逆地调节SWCNT直径

       在这里,可以通过报告QM / MD模拟来解决这个缺点,该模拟显示了乙腈如何影响铁纳米粒子催化剂上的甲烷CVD和SWCNT成核。与氨类似,乙腈的共吸附主要通过改变纳米颗粒表面的氢浓度来实现SWCNT成核。虽然已知氨使氢气催化剂表面饱和,但乙腈以完全相反的方式起作用,即通过充当氢气“下沉”。氢被表面CN部分隔离,产生氢(异 - )氰化物,其容易从铁催化剂表面解吸。因此,碳悬挂键的氢钝化减少,这加速了成核动力学,这反过来又在生长的SWCNT帽结构中捕获了更多数量的五边形缺陷。

乙腈模拟,SWCNT生长过程中的主要活性物种

       对于乙腈模拟,甲烷以与对照模拟相同的方式和相同的速率供应(即1 CH x / ps)。然而,每10ps引入单个氰基(CN)代替CH x基团并以相同方式放置。这些模拟被复制10次,并且将被称为轨迹1 CN -10 CN。所有20个计算轨迹的最终结构在支持信息中提供。由于其键离解焓(223.4 kcal mol -1),C≡N键在所有模拟中保持完整。与化学惰性N 2分子中的三键非常相似(225.8 kcal mol -1),农残级乙腈企业彪仕奇得出结论,它是SWCNT生长过程中的主要活性物种。

成果简介

       与“仅含碳”前体相反,来自烃前体的SWCNT成核的机制是相对未开发的。以前仅基于碳的DFTB的QM / MD模拟表明sp碳网络生长和SWCNT帽成核通过在吸附到纳米颗粒表面的碳的低聚反应形成五边形环而开始,形成延长的聚炔链。这些链在催化剂表面上高度移动并结合形成分支的Y形连接结构。

       使用铁催化剂,使乙腈和氨的腐蚀剂之间的直接比较,尽管研究采用Co催化剂。但是,预计金属催化剂的类型不会显着改变机理;C≡N键的高强度与N 2的强度相当,使得吸附的氰基自由基在不同催化剂上的反应性是相同的。

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       色谱级乙腈企业彪仕奇介绍了第一个原子级描述,说明乙腈的加入如何影响Fe催化的CH 4 CVD SWCNT成核机理。QM / MD模拟显示活性乙腈衍生物(氰基)的共吸附主要影响成核过程中五边形环形成的动力学。Fe-催化剂不容易活化C≡N键,并且当氰基结合到聚炔链中时,在这些模拟过程中很少观察到氮 - 杂环。因此,预期在这些条件下生长的SWCNT中的N-掺杂最小,与实验观察结果一致。作为sp 碳网络在催化剂表面上成核,在CN存在下形成显着更多数量的五边形环。因此,如果生长动力学超过缺陷愈合过程,这些结构更高度弯曲并且可能产生更小直径的SWCNT。另外,CN自由基的存在增加了在CVD和成核反应的初始阶段期间来自催化剂表面的碳通量。这些数据提供了一个机制基础说明的原位直径减小最近实验观察时被引入乙腈少量成乙醇原料CVD混合物。但是,我们承认,此处介绍的机制并未排除乙腈以其他方式改变直径的可能性。例如,挥发性含氮物质可以蚀刻生长的SWCNT,或者与其他常见的原料前体(例如乙醇)一起可以被氧化成氢氰酸,氢氰酸本身可以氧化生长的SWCNT和催化剂。还可以想到乙腈可以影响催化剂相和活性。实际上,先前的研究表明,用氨预处理铁和钴催化剂会导致相和面的变化,导致管径减小和更窄(n,m)的分布。但是,Thurakitseree等人。提出由乙腈共吸附形成氮化物是不可能的,因为SWCNT直径减小是可逆的,并且在CVD生长条件下可以从催化剂表面除去氮。

       与氨作为蚀刻剂的作用相反,氰基自由基以自牺牲方式通过HCN的解吸从表面吸附物质中提取氢。这增加了碳悬挂键的数量(否则将被氢钝化),并导致更快的CC键形成和环缩合动力学。这恰恰是使用氨观察到的相反效果,已经显示由于氨NH键的优先活化而增加氢钝化的程度。质谱级乙腈企业彪仕奇以上介绍的结果提供了强有力的证据表明 - 尽管两者都是含氮的 - 乙腈和氨影响手性和直径分布,主要是通过去除和添加氢(分别)到成核CNT。

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