《銅、鐵和鈷催化生長碳納米管的XAFS研究》是依託北京大學，由李彥擔任負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：銅、鐵和鈷催化生長碳納米管的XAFS研究
- 項目負責人：李彥
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結構可控生長單壁碳納米管是碳納米管研究領域一個巨大挑戰，目前人們對生長催化碳納米管過程中金屬催化劑結構及作用機制尚不完全了解。本申請課題擬採用不同碳溶解度的金屬Cu、Fe、Co作為碳納米管生長的催化劑，研究不同金屬催化劑催化碳納米管生長的差異。擬利用上海光源的X射線吸收（XAS）來研究金屬催化劑的結構、價態，尤其是金屬與碳原子之間的配位結構、金屬顆粒與碳的界面結構和性質等，並結合拉曼光譜、透射電鏡、X射線衍射等手段研究催化劑結構和組成對生長單壁碳納米管的影響。基於XAS對碳納米管生長過程中催化劑結構的解析，幫助我們了解碳納米管催化成核生長機制，指導我們後續對催化劑結構和組分進行最佳化設計。
結題摘要
根據項目任務書中的研究任務，我們主要圍繞單質金屬Cu、Fe、Co 催化劑生長單壁碳納米管的比較、催化劑結構的表征、原位同步輻射表征的方法建立、碳納米管選擇性生長的催化劑設計等幾個方面展開。主要取得了以下一些重要研究進展：系統的研究了單質金屬Fe、Co、Cu以及金屬間化合物Co7W6催化劑生長碳納米管直徑、手性角的關係，利用原位和非原位的XAFS、TEM等方法表征了這些催化劑在生長過程中的結構和組成；利用同步輻射XAFS原位表征CVD裝置及球差原位環境透射電鏡研究了單質金屬鈷催化生長單壁碳納米管過程中活性組分，揭示了Co-Co3C作為活性組分的協同催化作用；利用同步輻射XAFS研究了單質金屬與載體間的強相互作用，揭示了金屬納米顆粒在載體表面的穩定和分散機制，抑制了催化劑的聚集，生長獲得了特定直徑的碳納米管；利用球差原位環境透射電鏡和原位XAFS從原子尺度和配位的角度研究了Co7W6 金屬間化合物催化劑在不同反應條件下的結構穩定性；利用XAFS研究了催化劑Co7W6的結構調控過程，實現了純度97.4%的半導體性(14, 4)碳納米管的選擇性生長，半導體性管的含量達到98.9%；結合XAFS和XPS等方法揭示了Co-Si合金在碳納米管生長過程中的變化。環境中的氧使Co-Si催化劑的表面部分轉化為矽酸鈷，這些矽酸鈷在生長過程中還原成金屬鈷，從而提高了碳納米管的生長效率，但同時也使手性選擇性降低。共發表SCI學術論文15篇，專著1部，申請專利4項，另獲得中國和歐洲專利授權各1項，在國際會議上做大會報告2次、邀請報告40餘次。培養博士畢業生9人、博士後出站1人。項目負責人作為大會主席舉辦了2018年國際碳納米管大會，組織了三屆北京大學-東京大學納米碳研究生夏令營，作為組織者之一參與了ECS年會碳納米管分會的組織；本項目的部分內容曾獲得2017 年教育部高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎一等獎。課題組成員因為本項目的研究工作而獲得多項國際、國內的個人獎項和榮譽。
