Nanoröhren können auf verschiedene Weise als Katalysatoren verwendet werden. Eine Methode besteht darin, einen elektrischen Strom durch sie zu leiten, wodurch sie Elektronen an Moleküle abgeben können, die mit den Reaktionsstellen in Kontakt kommen. Dieser Elektronenübertragungsprozess erleichtert chemische Reaktionen und beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit.
Was die Produktionsverfahren betrifft, so können Nanoröhren mit verschiedenen Methoden synthetisiert werden. Zu den traditionellen Verfahren gehören die Laserablation und die Bogenentladung, das gängigste kommerzielle Verfahren ist jedoch die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Bei modifizierten CVD-Verfahren wird Kohlenmonoxid als Ausgangsstoff verwendet. Es gibt jedoch ein neues Feld, das sich auf die Verwendung von umweltfreundlichen Rohstoffen oder Abfallstoffen für die Nanoröhrenproduktion konzentriert. So kann beispielsweise Kohlendioxid, das durch Elektrolyse in geschmolzenen Salzen abgeschieden wird, zur Herstellung von Nanoröhren aus grünen Rohstoffen verwendet werden. Die Methanpyrolyse, d. h. die direkte thermische Zersetzung von Methan zu Wasserstoff und festem Ruß (einschließlich Nanoröhren), ist eine weitere Methode, bei der Abfall- oder Nebenproduktmethan als Ausgangsstoff verwendet wird.
Auch die Wahl des Ausgangsstoffs kann den Syntheseprozess beeinflussen. Methan und Ethylen benötigen bei der thermischen Umwandlung vor der Dotierung in Kohlenstoff-Nanoröhrchen Wasserstoff. Dagegen spielt Wasserstoff bei der Synthese von Nanoröhren über Acetylen, abgesehen von seiner reduzierenden Wirkung auf den Katalysator, keine wesentliche Rolle. Es wurde beobachtet, dass Wasserstoff bei relativ niedrigen Wasserstoffkonzentrationen das Wachstum von Kohlenstoff-Nanoröhren, die mit Methan und Ethylen synthetisiert wurden, durch die Reduzierung des Katalysators oder die Teilnahme an der thermischen Reaktion fördern kann. Außerdem ist die Wachstumsrate der mit Ethylen synthetisierten Nanoröhren höher als die der mit Acetylen synthetisierten, was auf einen "polymerisationsähnlichen Bildungsmechanismus" hindeutet.
Um eine relativ hohe Wachstumsrate der Nanoröhren zu erreichen, ist die Aufrechterhaltung einer optimalen Verweilzeit entscheidend. Eine zu niedrige Verweilzeit kann dazu führen, dass sich keine ausreichende Kohlenstoffquelle ansammeln kann, was zu Verlusten führt. Umgekehrt kann eine zu lange Verweilzeit den Nachschub an Kohlenstoffquellen einschränken und zur Anhäufung von unerwünschten Nebenprodukten führen.
Nanoröhren haben auch ein erhebliches Potenzial für grüne Technologien. Sie können in Anwendungen wie Beton, Folien und Elektronik eingesetzt werden, wo ihre einzigartigen Eigenschaften umweltfreundliche Lösungen bieten. Der wichtigste Markt für Nanoröhren in der grünen Technologie sind jedoch Lithium-Ionen-Batterien. Da die Bemühungen um die Dekarbonisierung die Elektrifizierung des Automobils vorantreiben, spielen Nanoröhren eine entscheidende Rolle als leitende Zusätze in Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden hauptsächlich in der Kathode als Teil der Leitpaste verwendet. Die Forschung untersucht auch die Verwendung von Nanoröhren in Batterien der nächsten Generation, wie Lithium-Luft- oder Lithium-Schwefel-Batterien sowie Lithium-Metall-Anoden.
Bei der Bewertung der Umweltauswirkungen von Nanoröhren ist es wichtig, sie mit alternativen Materialien zu vergleichen. Im Falle von Kohlenstoffnanoröhren als leitende Zusatzstoffe können sie mit Ruß und Graphen verglichen werden. Ruß hat im Vergleich zu Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhren in der Regel höhere CO2-Emissionen pro Kilogramm und erfordert eine höhere Belastung in Verbundwerkstoffen. Darüber hinaus haben mit Nanoröhrchen verstärkte Reifen laut einer Studie von Michelin eine geringere Freisetzung von Nanopartikeln im Vergleich zu anderen Nanokohlenstoffen gezeigt. Graphen hingegen hat seine eigenen Herausforderungen in Bezug auf die Energieeffizienz, den Wasserbedarf und die Verwendung aggressiver Chemikalien bei der Herstellung, wie z. B. bei der Methode von Hummer.
Insgesamt gesehen sind Nanoröhren als Katalysatoren und ihre Anwendungen in verschiedenen Industriezweigen sehr vielversprechend für nachhaltige und grüne Technologien.
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