剑桥大学Adam Boies课题组--用于碳纳米管合成和结构研究的高精度固体催化剂

尽管单壁碳纳米管在性能和应用上有很大的优势，但其较窄的手性分布直接生长仍然难以实现。纳米颗粒催化剂对于SWCNT乃至更广泛的纳米材料合成至关重要，但对其效果的了解有限。固体催化剂有望实现手性控制生长，但较差的粒度控制和合成效率会阻碍其进展。在这里，我们演示了具有近单分散尺寸的难熔金属纳米粒子（W，Mo和Re）的首次合成。可以在单个过程中产生并还原高浓度（N=105至107 cm^-3）的纳米颗粒（直径1至5 nm），从而能够以19°±5°的可控手性角进行SWCNT合成，其丰度大于93％。这些结果证实了界面热力学和动力学生长理论的机理，并扩展到包括快速增长手性的时间依赖性。通过浮动催化剂的生长，固体催化剂进一步证明了其有效性，提供了高效的生产可能性。

Fig. 1. 用于连续催化剂NP生成，尺寸选择和收集的实验装置。

Fig. 2. 尺寸选择后的NPs及其在CNT生长过程中的尺寸演变。

Fig. 3. 催化剂对CNTs表面积密度和直径的约束效应。

Fig. 4. 使用固体催化剂的FCCVD生长CNT。

Fig. 5. 固体催化剂生长的SWCNTs的手性分布。

相关研究成果于2020年由剑桥大学Adam Boies课题组，发表在Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.abb6010)上。原文：High-precision solid catalysts for investigation of carbon nanotube synthesis and structure。