Towards the low temperature growth of uniform diameter multi walled carbon nanotubes by catalytic chemical vapour deposition technique
Corresponding Author: Thirunavukkarasu Somanathan
Nano-Micro Letters,
Vol. 2 No. 3 (2010), Article Number: 204-212
Abstract
Mesoporous MCM-41 molecular sieves containing f-block transition elements (gadolinium) with various Si/Gd ratios (50, 75 and 100) were synthesised by a hydrothermal method. Their mesoporous structure was confirmed by X-ray diffraction, nitrogen sorption studies, thermogravimetric analysis, scanning and transmission electron microscopy. The local environment of Gd in the material was studied by electron paramagnetic resonance. The compatibility of the catalyst for the synthesis of uniform diameter CNTs by varying the temperature from 400 to 650°C with fixed flow rates of N2 and C2H2 (140 ml/min and 40 ml/min, respectively). The product is mostly metal containing thin MWCNTs with diameter of 10∼20 nm. Characterisation shows that a combination of Gd-MCM-41 (100) catalyst gives a high yield of high quality MWCNTs under optimum growth conditions.
Keywords
Download Citation
Endnote/Zotero/Mendeley (RIS)BibTeX
- J. C. Coiffic, M. Fayolle, S. Maitrejean, L. E. F. Foa Torres and H. Le Poche, Appl. Phys. Lett. 91, 252107 (2007). doi:10.1063/1.2826274
- A. Kawabata, S. Sato, T. Nozue, T. Hyakushima, M. Norimatsu, M. Mishima, T. Murakami, D. Kondo, K. Asano, M. Ohfuti, H. Kawarada, T. Sakai, M. Nihei and Y. Awano, Proc. IEEE Int. Interconnect Tech. Conf. 2008, p. 237.
- D. Yokoyama, T. Iwasaki, K. Ishimaru, S. Sato, T. Hyakushima, M. Nihei, Y. Awano and H. Kawarada, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 1985 (2008). doi:10.1143/JJAP.47.1985
- M. Katagiri, N. Sakuma, M. Suzuki, T. Sakai, S. Sato, T. Hyakushima, M. Nihei and Y. Awano, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 2024 (2008). doi:10.1143/JJAP.47.2024
- T. W. Ebbesen and P. M. Ajayan, Nature 358, 220 (1992). doi:10.1038/358220a0
- T. Guo, P. Nikolaev, A. Thess, D. T. Colbert and R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 243, 49 (1993). doi:10.1016/0009-2614(95)00825-O
- S. Amelinckx, X. B. Zhang, D. Bernaets, X. Zhang, F. V. Ivanov and J. B. Nagy, Science 265, 635 (1994). doi:10.1126/science.265.5172.635
- C. P. Deck and K. Vecchio, Carbon 44, 267 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2005.07.023
- M. Swierczewskaa, I. Rusakovab and B. Sitharamana, Carbon 47, 3137 (2009). doi:10.1016/j.carbon.2009.07.021
- C. P. Iglesias, L. V. Elst, W. Zhou, R. N. Muller, C. F. G. C. Geraldes, T. Maschmeyer and J. A. Peters, Chem. Eur. J. 8, 5121 (2002). doi:10.1002/1521-3765(20021115)8:22<5121::AID-CHEM5121>3.0.CO;2-W
- J. S. Beck, J. C. Vartuli, W. J. Ruth, M. E. Leonowicz, C. T. Kresge, K. D. Schmidt, C. T. W. Chu, D. H. Olson, E. W. Sheppard, S. B. McCullen, J. B. Hggins and J. L. Schlenker, J. Am. Chem. Soc. 114, 10834 (1992). doi:10.1021/ja00053a020
- N. K. Mal, M. Fujiwara and Y. Tanaka, Nature 421, 350 (2003). doi:10.1038/nature01362
- T. Somanathan, A. Pandurangan and D. Sathiyamoorthy, J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 193 (2006). doi:10.1016/j.molcata.2006.04.052
- T. Somanathan and A. Pandurangan, J. Porous. Mater. 16, 454 (2009).
- S. J. Gregg and K. S. W. Sing. Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press: London 1982.
- T. R. Pauly, Y. Liu, T. J. Pinnavaia, S. J. L. Billinge and T. P. Rieker, J. Am. Chem. Soc. 121, 8835 (1999). doi:10.1021/ja991400t
- C. Y. Chen, H. X. Li and M. E. Davis, Micropor. Mater. 2, 17 (1993). doi:10.1016/0927-6513(93)80058-3
- V. Parvulescu, C. Anastasescu and B. L. Su, J. Mol. Catal. A: Chem 198, 249 (2003). doi:10.1016/S1381-1169(02)00694-5
- T. Ristoiu, E. Culea and I. Bratu, Mater. Lett. 41, 135 (1999). doi:10.1016/S0167-577X(99)00119-6
- J. Kliava, I. S. Edelman, A. M. Potseluyko, E. A. Petrakovskaja, R. Berger, I. Bruckental, Y. Yeshurun, A. V. Malakhovskii and T. V. Zarubina, J. Phys. Condens. Matter. 15, 6671 (2003). doi:10.1088/0953-8984/15/40/005
- W. Z. Li, J. G. Wen and Z. F. Ren, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 74, 397 (2002). doi:10.1007/s003390201284
- M. J. Bronikowski, Carbon 44, 2822 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2006.03.022
- G. Hummer, J. C. Rasalah and J. P. Noworyta, Nature 414, 188 (2001). doi:10.1038/35102535
- C. Dellago, M. M. Naor and G. Hummer, Phys. Rev. Lett. 90, 105902 (2003). doi:10.1103/PhysRevLett.90.105902
- R. D. Bolskar, A. F. Benedetto, L. O. Husebo, R. E. Price, E. F. Jackson, S. Wallace, L. J. Wilson and J. Michael Alford, J. Am. Chem. Soc. 125, 5471 (2003). doi:10.1021/ja0340984
- A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tománek, J. E. Fisher and R. E. Smalley, Science 273, 483 (1996). doi:10.1126/science.273.5274.483
- N. Das, A. Dalai, J. S. S. Mohammadzadeh and J. Adjaye, Carbon 44, 2236 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2006.02.040
- D. K. Smith, D. C. Lee and B. A. Korgel, Chem. Mater. 18, 3356 (2006). doi:10.1021/cm060589m
- X. C. Wu, Y. R. Yao, Y. N. Lu, L. Dong and Z. Hu, Diamond. Relat. Mater. 15, 164 (2006). doi:10.1016/j.diamond.2005.09.018
- H. Q. Zhao, C. N. He, J. Ding, T. C. Zou, Z. J. Qiao, C. S. Shi, X. W. Du, J. J. Li and Y. D. Li, J. Alloys. Compd. 428, 79 (2007). doi:10.1016/j.jallcom.2006.03.067
- A. C. Dupuis, Prog. Mater. Sci. 50, 929 (2005). doi:10.1016/j.pmatsci.2005.04.003
- J. M. Jehng, W. C. Tung and C. H. Kuo, J. Porous. Mater. 15 (2008) 43. doi:10.1007/s10934-006-9050-x
- M. Sveningsson, R.E. Morjan, O.A. Nerushev, Y. Sato, J. Backstrom, E. E. B. Camphell and F. Rohmund, Appl. Phys. A 73, 409 (2001). doi:10.1007/s003390100923
- K. Kwok and W. K. S. Chiu, Carbon 43, 437 (2005). doi:10.1016/j.carbon.2004.10.005
References
J. C. Coiffic, M. Fayolle, S. Maitrejean, L. E. F. Foa Torres and H. Le Poche, Appl. Phys. Lett. 91, 252107 (2007). doi:10.1063/1.2826274
A. Kawabata, S. Sato, T. Nozue, T. Hyakushima, M. Norimatsu, M. Mishima, T. Murakami, D. Kondo, K. Asano, M. Ohfuti, H. Kawarada, T. Sakai, M. Nihei and Y. Awano, Proc. IEEE Int. Interconnect Tech. Conf. 2008, p. 237.
D. Yokoyama, T. Iwasaki, K. Ishimaru, S. Sato, T. Hyakushima, M. Nihei, Y. Awano and H. Kawarada, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 1985 (2008). doi:10.1143/JJAP.47.1985
M. Katagiri, N. Sakuma, M. Suzuki, T. Sakai, S. Sato, T. Hyakushima, M. Nihei and Y. Awano, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 2024 (2008). doi:10.1143/JJAP.47.2024
T. W. Ebbesen and P. M. Ajayan, Nature 358, 220 (1992). doi:10.1038/358220a0
T. Guo, P. Nikolaev, A. Thess, D. T. Colbert and R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 243, 49 (1993). doi:10.1016/0009-2614(95)00825-O
S. Amelinckx, X. B. Zhang, D. Bernaets, X. Zhang, F. V. Ivanov and J. B. Nagy, Science 265, 635 (1994). doi:10.1126/science.265.5172.635
C. P. Deck and K. Vecchio, Carbon 44, 267 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2005.07.023
M. Swierczewskaa, I. Rusakovab and B. Sitharamana, Carbon 47, 3137 (2009). doi:10.1016/j.carbon.2009.07.021
C. P. Iglesias, L. V. Elst, W. Zhou, R. N. Muller, C. F. G. C. Geraldes, T. Maschmeyer and J. A. Peters, Chem. Eur. J. 8, 5121 (2002). doi:10.1002/1521-3765(20021115)8:22<5121::AID-CHEM5121>3.0.CO;2-W
J. S. Beck, J. C. Vartuli, W. J. Ruth, M. E. Leonowicz, C. T. Kresge, K. D. Schmidt, C. T. W. Chu, D. H. Olson, E. W. Sheppard, S. B. McCullen, J. B. Hggins and J. L. Schlenker, J. Am. Chem. Soc. 114, 10834 (1992). doi:10.1021/ja00053a020
N. K. Mal, M. Fujiwara and Y. Tanaka, Nature 421, 350 (2003). doi:10.1038/nature01362
T. Somanathan, A. Pandurangan and D. Sathiyamoorthy, J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 193 (2006). doi:10.1016/j.molcata.2006.04.052
T. Somanathan and A. Pandurangan, J. Porous. Mater. 16, 454 (2009).
S. J. Gregg and K. S. W. Sing. Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press: London 1982.
T. R. Pauly, Y. Liu, T. J. Pinnavaia, S. J. L. Billinge and T. P. Rieker, J. Am. Chem. Soc. 121, 8835 (1999). doi:10.1021/ja991400t
C. Y. Chen, H. X. Li and M. E. Davis, Micropor. Mater. 2, 17 (1993). doi:10.1016/0927-6513(93)80058-3
V. Parvulescu, C. Anastasescu and B. L. Su, J. Mol. Catal. A: Chem 198, 249 (2003). doi:10.1016/S1381-1169(02)00694-5
T. Ristoiu, E. Culea and I. Bratu, Mater. Lett. 41, 135 (1999). doi:10.1016/S0167-577X(99)00119-6
J. Kliava, I. S. Edelman, A. M. Potseluyko, E. A. Petrakovskaja, R. Berger, I. Bruckental, Y. Yeshurun, A. V. Malakhovskii and T. V. Zarubina, J. Phys. Condens. Matter. 15, 6671 (2003). doi:10.1088/0953-8984/15/40/005
W. Z. Li, J. G. Wen and Z. F. Ren, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 74, 397 (2002). doi:10.1007/s003390201284
M. J. Bronikowski, Carbon 44, 2822 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2006.03.022
G. Hummer, J. C. Rasalah and J. P. Noworyta, Nature 414, 188 (2001). doi:10.1038/35102535
C. Dellago, M. M. Naor and G. Hummer, Phys. Rev. Lett. 90, 105902 (2003). doi:10.1103/PhysRevLett.90.105902
R. D. Bolskar, A. F. Benedetto, L. O. Husebo, R. E. Price, E. F. Jackson, S. Wallace, L. J. Wilson and J. Michael Alford, J. Am. Chem. Soc. 125, 5471 (2003). doi:10.1021/ja0340984
A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tománek, J. E. Fisher and R. E. Smalley, Science 273, 483 (1996). doi:10.1126/science.273.5274.483
N. Das, A. Dalai, J. S. S. Mohammadzadeh and J. Adjaye, Carbon 44, 2236 (2006). doi:10.1016/j.carbon.2006.02.040
D. K. Smith, D. C. Lee and B. A. Korgel, Chem. Mater. 18, 3356 (2006). doi:10.1021/cm060589m
X. C. Wu, Y. R. Yao, Y. N. Lu, L. Dong and Z. Hu, Diamond. Relat. Mater. 15, 164 (2006). doi:10.1016/j.diamond.2005.09.018
H. Q. Zhao, C. N. He, J. Ding, T. C. Zou, Z. J. Qiao, C. S. Shi, X. W. Du, J. J. Li and Y. D. Li, J. Alloys. Compd. 428, 79 (2007). doi:10.1016/j.jallcom.2006.03.067
A. C. Dupuis, Prog. Mater. Sci. 50, 929 (2005). doi:10.1016/j.pmatsci.2005.04.003
J. M. Jehng, W. C. Tung and C. H. Kuo, J. Porous. Mater. 15 (2008) 43. doi:10.1007/s10934-006-9050-x
M. Sveningsson, R.E. Morjan, O.A. Nerushev, Y. Sato, J. Backstrom, E. E. B. Camphell and F. Rohmund, Appl. Phys. A 73, 409 (2001). doi:10.1007/s003390100923
K. Kwok and W. K. S. Chiu, Carbon 43, 437 (2005). doi:10.1016/j.carbon.2004.10.005