Углеродные нанотрубки (УНТ) и нановолокна, декорированные наночастицами благородных металлов, являются объектом как фундаментальных, так и прикладных исследований. Работы по их синтезу и изучению свойств особенно активно ведутся в лабораториях США, Китая, Кореи, Тайваня, Сингапура, Японии. Действительно, сочетание уникальных свойств наноструктурных подложек и наночастиц позволяет эффективно использовать такие композитные материалы в наноэлектронике, в качестве катализаторов, химических сенсоров, сорбентов водорода. Особый интерес представляет создание электрокатализаторов для топливных элементов нового поколения. Для получения этих композитных наноструктур чаще всего используют так называемые методы мокрой химии. Однако предлагают и новые пути. Так, американские исследователи разработали контролируемый метод «сборки» с использованием силы электростатического поля (ESFDA – electrostatic force directed assembly). Он основан на создании потока заряженных наночастиц, осаждаемых на одностенные и многостенные углеродные нанотрубки (УНТ), размещенные на медной сетке, к которой приложено напряжение постоянного тока. В процессе можно контролировать плотность упаковки наночастиц на поверхности УНТ, а также добиваться осаждения частиц нужного размера. Более того, метод позволяет наносить смесь металлических и полупроводниковых наночастиц (авторы показали это на примере SnO2 и Ag), и не только на УНТ, но и на нанопроволоках, наностержнях, более крупных частицах. Китайские (Ocean Univ. China, Inst. Seawater Desalination and Multipurpose Utilization и Tianjin Univ.) исследователи предлагают весьма оригинальный вариант темплатного-метода, широко применяемого в синтезе УНТ (с использованием анодного оксида алюминия). Вместо того, чтобы, как обычно, синтезировать УНТ в нанопорах, а потом наносить на них металл, используя, например, раствор прекурсора металла (темплат, как известно, может быть удален с помощью щелочной обработки), они сначала декорировали внутреннюю поверхность пор наночастицами платины. Для этого темплейт погружали в раствор H2PtCl6, после чего проводили соответствующую термообработку. Таким образом, дисперсность и размер наночастиц Pt были определены до синтеза нанотрубок. Нанотрубки в в порах синтезировали модифицированным (применением коронного разряда) CVD методом. Были получены нанотрубки с равномерно распределенными на внешней поверхности наночастицами платины размером ~ 5нм. Тем не менее, наиболее распространенными по-прежнему являются химические методы, когда прекурсор металла осаждают на поверхность УНТ, а затем переводят в наночастицы металла с помощью восстановителя. В некоторых работах применяют электрохимическое восстановление – так, в Pt-наночастицы формировали на одностенных УНТ и фуллеренах путем электроосаждения в растворе H2PtCl6. При использовании этих методов важен выбор восстановителя, растворителей. В большинстве случаев требуется предварительная обработка углеродных нанотрубок или нановолокон, в результате которой изначально гидрофобная поверхность делается более доступной для прекурсоров металлов, увеличивается удельная поверхность, образуется большое число функциональных групп, и наночастицы металла распределяются более равномерно. Заметные успехи, достигнутые в последнее время, обусловлены разработкой новых способов функционализации, в частности, в работе американских исследователей (Univ. Arkansas и Pennsylvania State Univ.) с использованием перманганата калия на поверхности УНТ получены наночастицы платины с узким распределением по размерам 2.0-3.5нм. Необходимо отметить, что, поскольку в этой работе нанотрубки были синтезированы CVD методом при сравнительно невысокой температуре (700оС), они имели массу дефектов, и это облегчило образование функциональных групп на их поверхности. Важную роль дефектов в формировании наночастиц платины на УНТ подтверждается рядом работ.
J.Chen et al. Nanotechnology 17, 2891 (2006)
K.Yu et al. Mater.Lett. 61, 97 (2007)
I.Robel et al. Appl.Phys.Lett. 88, 073113 (2006)
J.Xie et al. Smart Mater.Struct. 15, S5 (2006)
J.Chen et al. J.Phys.Chem.B 110, 11775 (2006)
S.-J.Kim et al. Appl.Phys.Lett. 90, 023114 (2007)
Перст (О.Алексеева)
P.S. Интенсивные исследования "углеродной бумаги" с наночастицами платины для создания каталитического слоя топливных элементов проводятся, в частности, в Институте Проблем Химической Физики РАН (г. Черноголовка).
