Аннелировочно-индецированная морфологическая эволюция железных нанокатализаторов, вызванная отжигом для роста углеродных нанотрубок.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N3/5-13Ключевые слова:
Железные нанокатализаторы, углеродные нанотрубки, физическое осаждение из паровой фазы, химическое осаждение из паровой фазы, рамановская спектроскопия, атомно-силовая микроскопия, сканирующая электронная микроскопияАннотация
Синтез железных нанокатализаторов на кремниевых подложках методом электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы привлекает значительное внимание благодаря своим каталитическим свойствам. В данной работе исследуется влияние температуры отжига (500 °C, 550 °C и 600 °C) на структурные и морфологические характеристики нанокатализаторов Fe и их использование при росте углеродных нанотрубок методом химического осаждения из паровой фазы. Измерения методом атомно-силовой микроскопии и сканирующей электронной микроскопии показали, что повышение температуры отжига приводит к уменьшению среднего размера нанокластеров, и при 600 °C формируются нанокластеры со средним размером около ~30 нм, что делает их более эффективными в качестве катализаторов. Раман-спектроскопия показала, что ростуглеродных нанотрубок наблюдается только на подложке, отожжённой при 600 °C, и характеризуется высоким отношением ID/IG (<1), что указывает на высокую кристалличность и низкую концентрацию дефектов. Отсутствие пиков радиального дыхательного режима служит дополнительным доказательством того, что синтезированные углеродных нанотрубок являются многостенными. Полученные результаты указывают на необходимость точного контроля размеров и распределения нанокластеров с использованием электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы и термической обработки для максимизации эффективности нанокатализаторов Fe при росте углеродных нанотрубок.
Библиографические ссылки
Vaz C.A.F., Piamonteze C., Kleibert A. (2018) Enhanced mobility of iron nanoparticles deposited onto a xenon-buffered silicon substrate. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 459, 2-6. https://doi.org/10.1016/J.JMMM.2018.02.021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.02.021
Melchionna M., Fornasiero P., Cargnello M. (2017) Opportunities and Challenges in the Synthesis, Characterization, and Catalytic Properties of Controlled Nanostructures. Studies in Surface Science and Catalysis,177, 1-56.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805090-3.00001-2 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805090-3.00001-2
Movchan B. A. (2016) Discrete nanosized metallic coatings produced by EB-PVD. Surface Engineering, 32, 4. https://doi.org/10.1179/1743294415Y.0000000092 DOI: https://doi.org/10.1179/1743294415Y.0000000092
Lehmann H.W., Frick K. (1988) Optimizing deposition parameters of electron beam evaporated TiO2 films. Applied Optics, 27, 4920-4924. https://doi.org/10.1364/AO.27.004920 DOI: https://doi.org/10.1364/AO.27.004920
Minea T.M., Point S., Gohier A., Granier A., Godon C., Alvarez F. (2005) Single chamber PVD/PECVD process for in situ control of the catalyst activity on carbon nanotubes growth. Surface and Coatings Technology, 200(1-4), 1101-1105. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2005.01.053 DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.01.053
Sharapov I., Omarova G., Sadykova A., Seliverstova E. (2025) Properties of Ag/TiO2 AND Ag/SiO2 nanoparticles and their effect on the photocatalytic properties of a semiconductor nanocomposite. Eurasian Physical Technical Journal, 22(2 (52)), 25–32. https://doi.org/10.31489/2025N2/25-32 DOI: https://doi.org/10.31489/2025N2/25-32
Berdiev U., Khudaykulov I., Iskandarov S., Amirova A., Ashurov K. (2025) Influence of SiO2 Nanoparticles on the Characteristics of a Polyvinyl Alcohol-Based Proton Exchange Composite Membrane. East European Journal of Physics, (1), 265-271. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-30 DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-30
Melchionna M., Beltram A., Stopin A., Montini T., Lodge R. W., Khlobystov A.N., . Fornasiero P. (2018) Magnetic shepherding of nanocatalysts through hierarchically-assembled Fe-filled CNTs hybrids. Applied Catalysis B: Environmental, 227, 356-365. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.01.049 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.01.049
Sharma P., Pavelyev V., Kumar S., Mishra P., Islam S.S., Tripathi N. (2020) Analysis on the synthesis of vertically aligned carbon nanotubes: growth mechanism and techniques. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 31(6), 4399-4443. Available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s10854-020-03021-6 DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-020-03021-6
Ju L., Chen Z., Fang L., Dong W., Zheng F., Shen M. (2011) Sol–gel synthesis and photo‐Fenton‐like catalytic activity of EuFeO3 nanoparticles. Journal of the American Ceramic Society, 94(10), 3418-3424. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04522.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04522.x
Dai Z.R., Pan Z.W., Wang Z.L. (2003) Novel nanostructures of functional oxides synthesized by thermal evaporation. Advanced Functional Materials, 13(1), 9-24. https://doi.org/10.1002/adfm.200390013 DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.200390013
Bosso P., Del Sole R., Milella A., Mengucci P., Barucca G., Armenise V., & Palumbo F. (2023) Nanostructured iron oxide thin films deposited by RF sputtering as catalysts for the heterogeneous solar photo-Fenton reaction. Vacuum, 207, 111646. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111646 DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111646
Zeng Xiaoliang, Yu Shuhui, Ye Lei, Li Mingyan, Pan Zhilong, Sun Rong, Xu J.B.. (2014) Encapsulating carbon nanotubes with SiO2: A strategy for applying them in polymer nanocomposites with high mechanical strength and electrical insulation. J. Mater. Chem. C., 3, 187-195. http://dx.doi.org/10.1039/C4TC01051E DOI: https://doi.org/10.1039/C4TC01051E
Zhang Q., Cheng G., Zheng R. (2018) The Internal Buckling Behavior Induced by Growth Self-restriction in Vertical Multi-walled Carbon Nanotube Arrays. MRS Advances, 3(45–46), 2815–2823. https://doi.org/10.1557/adv.2018.429 DOI: https://doi.org/10.1557/adv.2018.429
Jing L., Li H., Lin J., Tay R.Y., Tsang S.H., Teo E.H.T., Tok A.I.Y. (2018) Supercompressible coaxial carbon nanotube@ graphene arrays with invariant viscoelasticity over− 100 to 500 C in ambient air. ACS Applied Materials & Interfaces, 10(11), 9688-9695. Available at: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b01925 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.8b01925
Eres G., Rouleau C. M., Puretzky A. A., Geohegan D.B., Wang H. (2018) Cooperative behavior in the evolution of alignment and structure in vertically aligned carbon-nanotube arrays grown using chemical vapor deposition. Physical Review Applied, 10(2), 024010. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.024010 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.024010
Walsh P.J., Li H., Anaya de Parrodi C. (2007) A green chemistry approach to asymmetric catalysis: Solvent-free and highly concentrated reactions. ChemInform, 38(30), 112–118. https://doi.org/10.1002/chin.200736264 DOI: https://doi.org/10.1002/chin.200736264
Păun C., Obreja C., Comănescu F., Tucureanu V., Tutunaru O., Romaniţan C., Ionescu O. (2019). Epoxy nanocomposites based on MWCNT. Proceeding of the IEEE 2019 International Semiconductor Conference (CAS), 237 – 240. https://doi.org/10.1109/SMICND.2019.8923947 DOI: https://doi.org/10.1109/SMICND.2019.8923947
Paun C., Obreja C., Comanescu F., Tucureanu V., Tutunaru O., Romanitan C., & Paltanea G. (2021) Studies on structural MWCNT/epoxy nanocomposites for EMI shielding applications. Proceeding of the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1009, 1, 012046. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1009/1/012046 DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1009/1/012046
Hu H., Xin J.H., Hu H., Wang X., Miao D., Liu Y. (2015) Synthesis and stabilization of metal nanocatalysts for reduction reactions–a review. Journal of materials chemistry A, 3(21), 11157-11182. https://doi.org/10.1039/C5TA00753D DOI: https://doi.org/10.1039/C5TA00753D
Rusevova K., Kopinke F.D., Georgi A. (2012) Nano-sized magnetic iron oxides as catalysts for heterogeneous Fenton-like reactions—Influence of Fe (II)/Fe (III) ratio on catalytic performance. Journal of hazardous materials, 241, 433-440. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.09.068 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.09.068
Abdisaidov I., Khudaykulov Ilyos, Ashurov Kh. (2024) Low-temperature growth of carbon nanotubes using nickel catalyst. East European Journal of Physics., 355-358. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-41 DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-41
Mohapatra M., Anand S. (2010) Synthesis and applications of nano-structured iron oxides/hydroxides–a review. International Journal of Engineering, Science and Technology, 2(8). https://doi.org/10.4314/ijest.v2i8.63846 DOI: https://doi.org/10.4314/ijest.v2i8.63846
Ali A., Zafar H., Zia M., ul Haq I., Phull A.R., Ali J. S., Hussain A. (2016) Synthesis, characterization, applications, and challenges of iron oxide nanoparticles. Nanotechnology, science and applications, 49-67. https://doi.org/10.2147/NSA.S99986 DOI: https://doi.org/10.2147/NSA.S99986
Khan Y., Sadia H., Ali Shah S.Z., Khan M.N., Shah A.A., Ullah N., Khan M.I. (2022) Classification, synthetic, and characterization approaches to nanoparticles, and their applications in various fields of nanotechnology: a review. Catalysts, 12(11), 1386. https://doi.org/10.3390/catal12111386 DOI: https://doi.org/10.3390/catal12111386
Campos E. A., Pinto D.V.B.S., Oliveira J. I. S. D., Mattos E.D.C., Dutra R.D.C.L. (2015) Synthesis, characterization and applications of iron oxide nanoparticles-a short review. Journal of Aerospace Technology and Management, 7(3), 267-276. https://doi.org/10.5028/jatm.v7i3.471 DOI: https://doi.org/10.5028/jatm.v7i3.471
Karakashov B., Mayne-L’Hermite M., Pinault M. (2022) Conducting interface for efficient growth of vertically aligned carbon nanotubes: Towards nano-engineered carbon composite. Nanomaterials, 12(13), 2300. https://doi.org/10.3390/nano12132300 DOI: https://doi.org/10.3390/nano12132300
Ashurov X., Adilov M., Ismatov A., Rakhimov A. (2025) Oxide layer growth on silicon substrates: effects of temperature and surface preparation. Uzbek Journal of Physics, 26(4). https://doi.org/10.52304/.v26i4.570 DOI: https://doi.org/10.52304/.v26i4.570
Miura S., Yoshihara Y., Asaka M., Hasegawa K., Sugime H., Ota A., Oshima H., Noda S. (2018) Millimeter-tall carbon nanotube arrays grown on aluminum substrates. Carbon, 130, 834-842. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.01.075 DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.01.075
