Behandling med mikrovågsugn och klor tar bort envisa järnkatalysatorrester från kolnanorör, enligt forskare vid Rice University och Swansea University. Tvåstegsprocessen kan göra dem mer lämpade för känsliga applikationer. Kredit:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
Bland all tjusig utrustning som finns i ett typiskt nanomateriallabb, en av de mest användbara kan visa sig vara den ödmjuka mikrovågsugnen.
En vanlig köksmikrovågsugn visade sig effektiv som en del av en tvåstegsprocess som uppfanns vid Rice och Swansea universitet för att rengöra kolnanorör.
Grundläggande nanorör är bra för många saker, som formning till mikroelektroniska komponenter eller elektriskt ledande fibrer och kompositer; för mer känsliga användningar som läkemedelstillförsel och solpaneler, de måste vara så orörda som möjligt.
Nanorör bildas från metallkatalysatorer i närvaro av uppvärmd gas, men rester av dessa katalysatorer (vanligtvis järn) förblir ibland fast på och inuti rören. Katalysatorresterna kan vara svåra att ta bort med fysikaliska eller kemiska medel eftersom samma kolfyllda gas som används för att tillverka rören låter kolatomer bilda inkapslande lager runt det återstående järnet, minskar förmågan att ta bort det under rening.
I den nya processen, behandling av rören utomhus i en mikrovågsugn bränner bort det amorfa kolet. Nanorören kan sedan behandlas med högtemperaturklor för att eliminera nästan alla främmande partiklar.
Flerväggiga nanorör före behandling med en Rice University/Swansea University-process för att avlägsna katalysatorrester från deras ytor och inifrån. Processen börjar med att värma nanorören i en vanlig köksmikrovågsugn. Kredit:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
Processen avslöjades idag i tidskriften Royal Society of Chemistry RSC avancerar .
Kemisterna Robert Hauges labb, Andrew Barron och Charles Dunill ledde studien. Barron är professor vid Rice i Houston och vid Swansea University i Storbritannien. Rice's Hauge är en pionjär inom tekniker för tillväxt av nanorör. Dunnill är universitetslektor vid Energy Safety Research Institute i Swansea.
Det finns många sätt att rena nanorör, men till en kostnad, sa Barron. "Klormetoden utvecklad av Hauge har fördelen att den inte skadar nanorören, till skillnad från andra metoder, " sa han. "Tyvärr, många av de kvarvarande katalysatorpartiklarna är omgivna av ett kolskikt som hindrar klor från att reagera, och detta är ett problem för att göra kolnanorör med hög renhet."
Ett flerväggigt kolnanorör rengjort med en process utvecklad vid Rice University och Swansea University visar att järnkatalysatorrester har avlägsnats från ytan, medan de flesta partiklar har tagits bort från insidan av nanorörets väggar. Processen förväntas göra nanorör mer lämpade för applikationer som läkemedelstillförsel och solpaneler. Kredit:Virginia Goméz Jiménez/Swansea University
Forskarna samlade in mikroskopbilder och spektroskopidata på partier av enkelväggiga och flerväggiga nanorör före och efter mikrovågsbehandling av dem i en 1, 000-watts ugn, och igen efter att ha badat dem i ett oxiderande bad av klorgas under hög värme och tryck. De fann att när järnpartiklarna exponerades för mikrovågsugnen, det var mycket lättare att få dem att reagera med klor. Den resulterande flyktiga järnkloriden avlägsnades sedan.
Att eliminera järnpartiklar som sitter fast i stora flerväggiga nanorör visade sig vara svårare, men transmissionselektronmikroskopbilder visade deras antal, speciellt i enkelväggiga rör, förminskas kraftigt.
"Vi skulle vilja ta bort allt järn, men för många applikationer, rester i dessa rör är mindre problem än om det vore på ytan, Barron sa. "Närvaron av kvarvarande katalysator på ytan av kolnanorör kan begränsa deras användning i biologiska eller medicinska tillämpningar."
Medförfattare till studien är Virginia Gomez, forskarassistent vid Swansea; Silvia Irusta, professor vid universitetet i Zaragoza, Spanien; och Wade Adams, en senior fakultetsstipendiat i materialvetenskap och nanoteknik på Rice.
Hauge är en framstående fakultetsstipendiat i kemi och i materialvetenskap och nanoteknik vid Rice. Barron är Charles W. Duncan Jr.-Welch professor i kemi och professor i materialvetenskap och nanoteknik vid Rice och Sêr Cymru ordförande för Low Carbon Energy and Environment vid Swansea.
