Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind aufgrund ihrer einzigartigen strukturellen Eigenschaften, ihrer großen Oberfläche und ihrer Fähigkeit, spezifische chemische Reaktionen effizient zu fördern, hervorragende Katalysatoren. Ihre zylindrische Struktur mit Durchmessern im Nanometerbereich und Längen von Mikrometern bis Zentimetern bietet eine hohe mechanische Festigkeit und eine große Oberfläche für katalytische Reaktionen. Die Verwendung von Metallkatalysatoren bei der Synthese von CNTs durch katalytische chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ermöglicht das Wachstum dieser Materialien bei niedrigeren Temperaturen, was ihre katalytische Effizienz steigert.
1. Einzigartige strukturelle Eigenschaften:
Kohlenstoff-Nanoröhren haben eine röhrenförmige Struktur, die aus Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Diese Struktur verleiht ihnen nicht nur eine hohe mechanische Festigkeit, sondern bietet auch eine große Oberfläche für katalytische Reaktionen. Der nanometergroße Durchmesser und die große Länge der CNTs ermöglichen eine hohe Dichte an aktiven Stellen, die für katalytische Prozesse entscheidend sind.2. Große Oberfläche:
Die große Oberfläche von CNTs ist eine direkte Folge ihrer Nanostruktur. Diese große Oberfläche ist für die Katalyse von Vorteil, da sie eine stärkere Wechselwirkung zwischen dem Katalysator und den Reaktionspartnern ermöglicht. Bei der CNT-Synthese kann die Anwesenheit von Wasserstoff in geringen Konzentrationen das Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren fördern, indem er den Katalysator reduziert oder an der thermischen Reaktion teilnimmt, wie in der Studie mit Methan und Ethylen festgestellt wurde. Diese Wechselwirkung erhöht die katalytische Aktivität der CNTs.
3. Katalytische CVD-Synthese:
Die Verwendung von Metallkatalysatoren für das Wachstum von CNTs durch katalytische CVD ist von zentraler Bedeutung. Diese Katalysatoren erleichtern die Reaktion des Vorläufergases auf dem Substrat und ermöglichen das Wachstum von CNTs bei viel niedrigeren Temperaturen, als es sonst möglich wäre. Dies macht das Verfahren nicht nur energieeffizienter, sondern ermöglicht auch eine bessere Kontrolle über die Eigenschaften der erzeugten CNT. Die Katalysatoren können maßgeschneidert werden, um bestimmte Arten von Reaktionen zu fördern, was die CNTs vielseitig für verschiedene katalytische Anwendungen einsetzbar macht.4. Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit:
Im Vergleich zu anderen kohlenstoffbasierten Materialien wie Ruß und Graphen weisen CNTs Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz und Umweltauswirkungen auf. Ruß zum Beispiel hat höhere CO2-Emissionen und erfordert eine höhere Belastung in Verbundwerkstoffen. Bei Anwendungen wie der Verstärkung von Reifen werden aus CNT weniger Nanopartikel freigesetzt, was sie zu einer umweltfreundlicheren Wahl macht.
