چکیده
نانوالیاف کربن (CNFs) و کامپوزیت های آن به دلیل خواص شیمیایی و بافتی استثنایی آن توجه زیادی به خود جلب کرده اند. تا کنون نانوالیاف کربن چند منظوره و کامپوزیت های آن با مورفولوژی بسیار منحصر به فرد و قابل تنظیم توسعه یافته اند. در این فصل ، روشهای ساخت منحصر به فردی را که اخیرا گزارش شده اند و تکنیک های مشخصه آن مانند SEM ، FE-SEM ، TEM ، WAXD ، XPS ، AFM و Raman بررسی کردیم. علاوه بر این ، کاربردهای کاتالیزوری ، انرژی و زیست محیطی کامپوزیتهای نانوالیاف کربن (فلزات و/یا نانوذرات اکسید فلز و/یا نانوالیاف کربن هیبریدی تزئین شده) مورد بحث قرار گرفته است. تهیه و خصوصیات کامپوزیتهای نانوالیاف کربن الکتروسپون و کاربردهای آن در کاتالیزور و ذخیرهسازی انرژی ، تمرکز اصلی این فصل است.
واژههای کلیدی
1. مقدمه
نانوالیاف کربن منافع رو به رشد با توجه به خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد خود را دریافت کرده اند, بسته به اندازه آنها, سطح, و شکل [1, 2]. در واقع خواص جذاب ساختاری ، الکتریکی و مکانیکی نانولوله های کربنی (CNTs) آن را یک ماده پشتیبانی ایده آل برای برنامه های مختلف می کند. به خصوص ، CNTs می تواند به عنوان یک پشتیبانی کارآمد برای دکوراسیون مواد فعال کاتالیزوری استفاده شود. نانوالیاف کربن (CNFs) نیز خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه به CNTs و قطر متفاوت از چند ده نانومتر به 500 نانومتر [3] و همچنین مناسب به عنوان پشتیبانی کاتالیزور استفاده می شود. الکتروسپینینگ یک روش بسیار ساده اما قدرتمند برای ساخت نانوالیاف کربن با کیفیت بالا است [4]. به طور کلی CNFs با زیر میکرومتر قطر به عنوان به خوبی به عنوان برخی از ده ها نانومتر تا 500 نانومتر هستند تهیه شده توسط carbonization از electrospun نانوالیاف پلیمری تحت اثر جو در درجه حرارت بالا [5]. بدون شک پلی اکریلو نیتریل (PAN) است که به خوبی شناخته شده و کارآمد پیشرو برای ساخت الیاف کربن [6]; از این رو تلاش های متعددی ساخته شد برای آماده سازی electrospun مشتق شده از کربن نانوالیاف از پان [7]. روش های متعددی از جمله مرطوب-سنتز شیمیایی [8, 9], انباشت [10, 11] و خشک سنتز [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20], در حال توسعه برای به دست آوردن مختلف چند منظوره فعال مواد حاوی کربن یابی. با استفاده از این روش انواع مختلف فلز یا اکسید فلزی نانو (NPs) مانند Au, Co, Ru, Pt, Pd, Ag, Co, Rh, Ti, Cu شده اند تزئین شده و یا تثبیت شده در/به کربن نانوالیاف. این نانوکامپوزیت های cnf با پشتیبانی از np فلزی وعده های بزرگی در تجزیه [21] ، سلول های سوختی [22] و برنامه های کاربردی شیمیایی/بیولوژیکی بسیار حساس [23 ، 24] نشان داده اند. در خصوص این میخی مرکب نشان داد و نتایج بسیار عالی در انواع سیستم های کاتالیزوری مانند در photocatalytic activity [25, 26] و آب و گاز تغییر واکنش (WGS) [27] آنزیم بی حرکتی و یا biocatalysts [28, 29] و مستقیم اکسیداسیون الکلهای [30]. تا کنون TiO2-سپرده CNFs به دست آورده اند توجه زیادی در واکنش های فتوکاتالیستی و تعداد قابل توجهی از گزارش های موجود در ادبیات. به طور یکسان ، Cnf های پشتیبانی شده pd np اغلب برای تبدیل کاتالیزوری آلی مانند واکنش هیدروژنه [31] و واکنش جفت هک [8] ترجیح داده می شوند. ثابت شده است که Cnf ها یکی از پشتیبانی های بسیار مناسب برای دکوراسیون Pd NPs هستند و کامپوزیت pd/cnf حاصل اغلب فعالیت کاتالیزوری افزایش یافته است [32]. در حقیقت ، ساختار منحصر به فرد ، هدایت بالا ، سطح بزرگ و نفوذ شیمیایی Cnf ها اغلب به پراکندگی بالا نانوذرات فلزی در CNFs کمک می کند. بسیاری از Cnfs-Pd NP پشتیبانی فعالیت بهتر از pd معمولی نشان داد/کاتالیزور C [8, 33].
در این فصل ، ما در مورد آماده سازی و خصوصیات الیاف کربن الکتروسپون و کامپوزیت آن بحث کردیم. مشارکت کامپوزیت های CNF در سیستم های مختلف کاتالیزوری (مانند فعالیت فوتوکاتالیستی ، واکنش های تغییر گاز آب (WGS) ، بی حرکتی آنزیم یا بیوکاتالیست ها و اکسیداسیون مستقیم الکل ها) نیز به طور مفصل مورد بحث قرار می گیرد.
خواص نانوفیبرکربنی بسیار هستند و آن را به ماده ای پرکاربرد تبدبل نمده است.
تبلیغات
2. تهیه و خصوصیات کامپوزیت های نانوالیاف کربنی
2.1 نانوالیاف کربن الکتروسپون
الکتروسپینینگ یک روش ساده برای به دست آوردن نانوالیاف است. شکل 1 نشان می دهد که راه اندازی الکترود اساسی و لیستی از پارامترهای مهم به کنترل شود. این نانوالیاف می توان با اعمال ولتاژ بالا به یک پلیمر محلول است که می تواند ایجاد electrostatically نیروی دافعه و یک میدان الکتریکی بین دو الکترود به طوری که نانوالیاف تشکیل می شود [34]. بدیهی است که تشکیل نانوالیاف به شدت وابسته به ویسکوزیته و هدایت الکتریکی مایعات پلیمری، رطوبت و ولتاژ کاربردی [35] است. تا به امروز ، بیش از 100 نوع پلیمر برای تولید نانوالیاف خود از طریق الکترواسپینینگ استفاده شده است. اما تعداد بسیار محدودی از پلیمرها مانند پلی اکریلو نیتریل (PAN), پی (PI) پلی(وینیل الکل) (PVA) پلی(فلوراید vinylidene) (PVDF), سلولز استات و زمین شده است با موفقیت مورد استفاده قرار گیرد برای به دست آوردن کربن نانوالیاف [36]. نانوالیاف کربن اغلب با تکنیک های مختلف مشخص می شود. میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) یکی از روش های بسیار معمول برای توصیف CNFs است. مورفولوژی سطح ، به ویژه قطر فیبر ، یکنواختی و صافی سطح ، اغلب با تجزیه و تحلیل SEM مورد مطالعه قرار می گیرد. به طور یکسان ، میکروسکوپ الکترونی انتقال (TEM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نیز برای تجزیه و تحلیل سطح جزئیات استفاده می شود. ماهیت کریستالی و آمورف CNFs اغلب با استفاده از تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار می گیرد. طیف سنجی رامان یک تکنیک بسیار مفید برای تجزیه و تحلیل G-band و d-band از CNFs است. اشعه ایکس طیف سنجی photoemission (XPS) نیز به طور موثر مورد استفاده قرار گرفت به تجزیه و تحلیل CNFs. با استفاده از روش Brunauer-Emmett-TELLER (BET) ، سطح سطح خاص و خواص بافتی مانند حجم منافذ و اندازه منافذ Cnf ها مورد ارزیابی قرار می گیرند.
منبع: