Como se obtienen los Nanotubos de Carbono?Dr. Angel Maroto ValienteUniversidad Nacional de Educacin a Distancia (UNED) Departamento de Q. Inorgnica y Q. Tcnica Grupo de Diseo Molecular de Catalizadores Heterogneos Unidad Asociada UNED-ICP(CSIC) http://www.icp.csic.es/gdmch/

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono

1. Mtodo de descarga por arco elctrico

2. Mtodo de ablacin con lser

3. Mtodo de vapodeposicin qumica cataltica (Catalytic Chemical Vapor Deposition, CVD)

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono

1. Mtodo de descarga por arco elctrico

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono

2. Mtodo de ablacin con lser

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono3. Mtodo de vapodeposicin qumica cataltica (Catalytic Chemical Vapor Deposition, CVD)

N2 N2 H2 C2H2Precursor slido del Catalizador

HornoPrecursor lquido del Catalizador

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono3. Mtodo de vapodeposicin qumica cataltica (CVD)

- Permite la sntesis controlada (n de paredes, longitud y estructura microscpica) de SWNTs, DWNTs y MWNTs con pureza de hasta el 98 %. - Requiere un substrato soporte adecuado, generalmente impregnado del catalizador sobre el que se produce el crecimiento de los CNTs - Impurezas: Metales y xidos inorgnicos, procedentes del catalizador, y Carbono Amorfo

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono3. Mtodo de vapodeposicin qumica cataltica (CVD)

Variantes de la CVD: - Plasma Assisted CVD (PACVD) : Sntesis activada mediante un plasma. - Hot Filament CVD (HFCVD): Sntesis activada mediante un filamento incandescente - CVD en Lecho fluidizado: Sntesis en un horno tubular en disposicin vertical y con el lecho cataltico fluidizado.

Mtodos de produccin de Nanotubos de Carbono3. Mtodo de vapodeposicin qumica cataltica (CVD)

Condiciones Experimentales:Temperatura de Reaccin: 500-1000 C Presiones: 0.01 3 bar Precursores de Carbono: CO, CH4, C2H2, C2H4, Metanol, Etanol, Benceno, Tolueno, etc... Catalizadores: Fe, Cu, Ni, Co, Mo (Acero Inoxidable) Soportes: Si, SiO2 (Cuarzo), Al2O3, MgO Mtodos de Preparacin del Catalizador: Impregnacin, Nanoimpresin, Electrodeposicin, Deposicin-Precipitacin, Intercambio Inico, Sol-Gel. Generalmente se necesita reducir el catalizador en H2 a T > 300C, antes de llevar a cabo la produccin de los CNTs (Mn+ M0)

Optimizacin del procedimiento experimental de la CCVDEstructura graftica600 C 700 C

Maroto-Valiente et al. Carbon 38 (2000) 2003-2006 Caracterizacin de los CNTs Microscopa electrnica: TEM, SEM, AFM, etc... Tecnicas Espectroscpicas: XRD, XPS, IR, Raman Anlisis Termogravimtrico: TPO, TPD.

Optimizacin del procedimiento experimental de la CCVD5%Fe 40 mg

5% Fe/SiO2

700 C

5%Fe 20 mg

2%Fe 40 mg

600 C2%Fe 20 mg

500 C

Fe/SiO2, 700C

Navarro-Lopez et al. Carbon 41 (2003) 2009-2017 Caracterizacin de los CNTs Microscopa electrnica: TEM, SEM, AFM, etc... Tecnicas Espectroscpicas: XRD, XPS, IR, Raman Anlisis Termogravimtrico: TPO, TPD.

Mecanismo de la CVD cataltica

21.3x21.3nm2 Helveg et al, Nature 427 (2004) 426-429

Mecanismo de la CVD cataltica

Perez-Cabero et al. Carbon 43 (2005) 26182641

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalyst method )

Sistema Experimental UNEDHorno: T = 750 C C2H2 H2 3 N2 2 1

4

Fe(CO)5 T = 0C

N2(1) = 50 500 mL/min N2(2) + N2(1) = 2000 mL/min H2(3) = 40 mL/min C2H2(4) = 40 mL/min

Patente N P200401633, titulada: Nuevo sistema multitubular para la

sntesis de nanotubos de carbono en fase gas a nombre de la UNED ydel CSIC. Inventores: D. Antonio Guerrero, D. Vicenta Muoz, D. Daniela Martn, D. Patricia Sanpedro y D. Inmaculada Rodrguez.

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalyst method )

Sistema Experimental UNEDHorno: T = 750 C C2H2 H2 3 N2 2 1

4

Fe(CO)5 T = 0C

N2(1) = 50 500 mL/min N2(2) + N2(1) = 2000 mL/min H2(3) = 40 mL/min C2H2(4) = 40 mL/min

Patente N P200401633, titulada: Nuevo sistema multitubular para la

sntesis de nanotubos de carbono en fase gasa nombre de la UNED ydel CSIC. Inventores: D. Antonio Guerrero, D. Vicenta Muoz, D. Daniela Martn, D. Patricia Sanpedro y D. Inmaculada Rodrguez.

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalyst method )

Efecto de la concentracin de Fe(CO)5

50 mL/min

100 mL/min

150 mL/min

200 mL/min

300 mL/min

500 mL/min

MWNTs Alineados, n paredes: 5-20

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalyst method )

Efecto de la concentracin de Fe(CO)5350 300

CNTs height (m)

250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500

50 mL/min

100 mL/min

150 mL/min

200 mL/min

300 mL/min

500 mL/min

N2 flow bubbling

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalysts method )

Crecimiento Selectivo de CNTs

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalysts method )

Como los preparamos en la UNED? Mtodo del Catalizador Flotante (Floating catalysts method )

Ya se estn produciendo grandes cantidades de CNTs!

Continuous cycle reactor (Capacity > 40kgCNTs/d)

Fuente: http://www.ntp.com.cn

Ya se estn produciendo grandes cantidades de CNTs!

SWNTs- Universidad de Cincinnati

SWNTs Alineados Zhong et al. J. Phys. Chem. B, 111 (2007) 1907-1910

GRACIAS POR SU ATENCIN

Como se obtienen los Nanotubos de Carbono?Dr. Angel Maroto ValienteUniversidad Nacional de Educacin a Distancia (UNED) Departamento de Q. Inorgnica y Q. Tcnica Grupo de Diseo Molecular de Catalizadores Heterogneos Unidad Asociada UNED-ICP(CSIC) http://www.icp.csic.es/gdmch/