Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов

摘要

В работе исследованы физико-химические аспекты газофазного синтеза нанопорошков в циклическом реакторе при сжатии прекурсоров (метан, этилен, ацетилен) в условиях, близких к адиабатическим, в атмосфере буфер-ных одноатомных газов (аргон, гелий, неон). Изучено влияние давления в реакторе и объемного соотношения прекурсор / буферный газ на состав, морфологию и структуру углеродсодержащих частиц, являющихся продук-тами пиролиза. Установлено, что полное разложение наблюдается для всех прекурсоров, но при разных услови-ях. Тепловое разложение метана, имеющего минимальную энтальпию образования, наблюдалось в атмосфере аргона 97,5 % при пиковом давлении более 10 МПа. Обнаружено, что в атмосфере гелия возможности терми-ческой релаксации в условиях быстрых реакций (< 50 мс) существенно ограничены: удалось разложить только ацетилен, имеющий максимальную энтальпию образования. Полученные твердые продукты реакций представ-ляют собой черные порошки с плотностью 20-30 мг/см~3. Порошки исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа. Частицы - полые или с заполненным центром глобулярные луковичные структуры размером до 100 нм. Рентгеноструктурный ана-лиз показал наличие графитоподобных кристаллитов размерами менее 10 нм во всех образцах. Комбинацион-ное рассеяние показало главным образом sp~2-гибридизацию углерода. Показаны широкие возможности метода циклического адиабатического сжатия для пиролиза углеводородов с целью производства разнообразных угле-родных структур, позволившие осуществить регулируемый выход углеродных наноматериалов с требуемой для практического использования морфологией.