Revealing the Role of Catalysts in Carbon Nanotubes and Nanofibers by Scanning Transmission X-ray Microscopy

Gao, Jing; Zhong, Jun; Bai, Lili; Liu, Jinyin; Zhao, Guanqi; Sun, Xuhui

doi:10.1038/srep03606

Cited by 43 publications

(33 citation statements)

References 24 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Catalyst residues may also contribute a lot to the performance of carbon nanomaterials . Recently, STXM experiments revealed the existence of catalyst residues in single CNT and carbon nanofiber (CNF) . The results showed that catalyst residues could be both prominent nanoparticles at the end of tube (or fiber) and tiny particles along the tube (or fiber), which was hard to be observed by normal image but could be clearly revealed by the elemental sensitive XANES spectra.…”

Section: Carbon Nanostructures In Energy Applicationssupporting

confidence: 70%

“…The results showed that catalyst residues could be both prominent nanoparticles at the end of tube (or fiber) and tiny particles along the tube (or fiber), which was hard to be observed by normal image but could be clearly revealed by the elemental sensitive XANES spectra. The existence of tiny particles suggested that catalysts might migrate in the growth process, which could contribute to various applications as observed in previous report for ORR . The STXM results also revealed the catalyst‐CNT (or CNF) interface interaction …”

Section: Carbon Nanostructures In Energy Applicationssupporting

confidence: 70%

See 1 more Smart Citation

Synchrotron Soft X‐ray Absorption Spectroscopy Study of Carbon and Silicon Nanostructures for Energy Applications

et al. 2014

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Carbon and silicon materials are two of the most important materials involved in the history of the science and technology development. In the last two decades, C and Si nanoscale materials, e.g., carbon nanotubes, graphene, and silicon nanowires, and quantum dots, have also emerged as the most interesting nanomaterials in nanoscience and nanotechnology for their myriad promising applications such as for electronics, sensors, biotechnology, etc. In particular, carbon and silicon nanostructures are being utilized in energy-related applications such as catalysis, batteries, solar cells, etc., with significant advances. Understanding of the nature of surface and electronic structures of nanostructures plays a key role in the development and improvement of energy conversion and storage nanosystems. Synchrotron soft X-ray absorption spectroscopy (XAS) and related techniques, such as X-ray emission spectroscopy (XES) and scanning transmission X-ray microscopy (STXM), show unique capability in revealing the surface and electronic structures of C and Si nanomaterials. In this review, XAS is demonstrated as a powerful technique for probing chemical bonding, the electronic structure, and the surface chemistry of carbon and silicon nanomaterials, which can greatly enhance the fundamental understanding and also applicability of these nanomaterials in energy applications. The focus is on the unique advantages of XAS as a complementary tool to conventional microscopy and spectroscopy for effectively providing chemical and structural information about carbon and silicon nanostructures. The employment of XAS for in situ, real-time study of property evolution of C and Si nanostructures to elucidate the mechanisms in energy conversion or storage processes is also discussed.

show abstract

Section: Carbon Nanostructures In Energy Applicationssupporting

confidence: 70%

Section: Carbon Nanostructures In Energy Applicationssupporting

confidence: 70%

Synchrotron Soft X‐ray Absorption Spectroscopy Study of Carbon and Silicon Nanostructures for Energy Applications

et al. 2014

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…58 Analogous to similar results reported in the literature for other metals, 59,60 the small component at 285 eV can be associated with a local rehybridization of G to sp 3 carbon, also driven by the strong Fe-C interaction. From the absence of C 1s peak components at ca 283.2 eV (Figure 2.b-f) and from the Fe L 2,3 XANES data (Figure 5.a,c), which indicate a zerovalent nature of Fe, 61 we can exclude the formation of iron carbides. A Volmer-Weber (VW) type 3D island growth of Fe NPs is observed in Fe/G/Pt(111) at very low coverage (~0.1 ML) and RT, with a preferential nucleation at G domain boundaries and point defects (Figure 6.a,b,c).…”

Section: In-situ Iron Deposition and Intercalationmentioning

confidence: 90%

The nature of the Fe–graphene interface at the nanometer level

et al. 2015

View full text Add to dashboard Cite

The emerging fields of graphene-based magnetic and spintronic devices require a deep understanding of the interface between graphene and ferromagnetic metals. This paper reports a detailed investigation at the nanometer level of the Fe-graphene interface carried out by angle-resolved photoemission, high-resolution photoemission from core levels, near edge X-ray absorption fine structure, scanning tunnelling microscopy and spin polarized density functional theory calculations. Quasi-free-standing graphene was grown on Pt(111), and the iron film was either deposited atop or intercalated beneath graphene. Calculations and experimental results show that iron strongly modifies the graphene band structure and lifts its π band spin degeneracy.

show abstract

“…Известно [2,3], что при синтезе УНТ методом CVD (chemical vapor deposition) в качестве катализатора роста часто применяются пере-ходные металлы (Fe, Co, Ni). При этом частицы катали-затора, встроенные в структуру УНТ, взаимодействуют со стенками нанотрубок и могут значительно влиять на электронную структуру и свойства нанотрубок.…”

Section: Introductionunclassified

Изменение Химического Состояния И Концентрации Железа В Углеродных Нанотрубках, Полученных Методом CVD И Подвергнутых Импульсному Ионному Облучению

Корусенко¹,

Несов²,

Болотов³

et al. 2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

С использованием методов просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофотоэлектронной спек-троскопии и энергодисперсионного анализа получены данные о распределении железа в азотсодержащих многостенных углеродных нанотрубках (N-МУНТ), изменении его химического состояния и концентрации при различных режимах облучения импульсным ионным пучком. Показано, что облучение N-МУНТ с плотностью энергии 0.5 J/cm 2 способствует формированию на их боковых поверхностях структур размером 2−10 nm, состоящих из металлического железа, инкапсулированного в углеродную оболочку. Повышение плотности энергии до 1−1.5 J/cm 2 приводит к существенному удалению кластеров железа из вершин углеродных нанотрубок и снижению количества железа в объеме слоя N-МУНТ. ВведениеВ настоящее время углеродные нанотрубки (УНТ) яв-ляются предметом интенсивных исследований в связи с их уникальной электронной структурой, электрическими и механическими свойствами [1]. Известно [2,3], что при синтезе УНТ методом CVD (chemical vapor deposition) в качестве катализатора роста часто применяются пере-ходные металлы (Fe, Co, Ni). При этом частицы катали-затора, встроенные в структуру УНТ, взаимодействуют со стенками нанотрубок и могут значительно влиять на электронную структуру и свойства нанотрубок. В част-ности, в [4] показано, что транспорт электронов из частиц катализатора в УНТ повышает адсорбцию кис-лородсодержащих групп на их поверхности. Встроенные в структуру УНТ частицы катализатора могут изменять активность углеродных слоев нанотрубок в различных окислительных реакциях, что может быть перспективно для применения в гетерогенном катализе [5]. Кроме того, углеродная оболочка защищает железосодержащие наночастицы от окисления, предотвращает спонтанную агломерацию и изменение их свойств [5][6][7]. С другой стороны, во многих случаях наличие частиц метал-лического катализатора в УНТ является нежелатель-ным [8,9]. Имеется большое число работ, направленных на удаление металлических частиц с использованием методов мокрой химии (например, кислотной обработки в H 2 SO 4 /HCl) или термической обработки в инертных средах [10][11][12]. Высокотемпературный отжиг в инерт-ных средах является более предпочтительным видом обработки, так как позволяет существенно снизить концентрацию металлического катализатора в УНТ до значений < 0.01 wt.%, не нарушая структуру внешних стенок УНТ [13][14][15].Широкие возможности для модифицирования свойств многостенных УНТ (МУНТ) возникают при использо-вании импульсного ионного пучка высокой удельной мощности [16,17]. За счет введения большого количества энергии (> 10 7 W/cm 2 ) за время действия импульса (∼ 120 ns) возникают высокие градиенты температуры и давления, способные изменять морфологию и воз-действовать на электронную структуру материала, а также формировать новые структурно-фазовые состоя-ния. На настоящий момент в литературе отсутствуют данные по влиянию импульсного ионного облучения на концентрацию и химическое состояние железа в МУНТ.Целью настоящей работы является исследование из-менения электронной и атомной структуры ...

show abstract

Revealing the Role of Catalysts in Carbon Nanotubes and Nanofibers by Scanning Transmission X-ray Microscopy

Cited by 43 publications

References 24 publications

Synchrotron Soft X‐ray Absorption Spectroscopy Study of Carbon and Silicon Nanostructures for Energy Applications

Synchrotron Soft X‐ray Absorption Spectroscopy Study of Carbon and Silicon Nanostructures for Energy Applications

The nature of the Fe–graphene interface at the nanometer level

Изменение Химического Состояния И Концентрации Железа В Углеродных Нанотрубках, Полученных Методом CVD И Подвергнутых Импульсному Ионному Облучению

Contact Info

Product

Resources

About