ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE NANOTUBOS DE CARBONO DE PAREDE SIMPLES PRODUZIDOS POR CVD EM CATALISADORES Fe-Mo/MgO
AUTORES: GOUVEIA JUNIOR, F. S. (UFC) ; AMARANTE, F. W. O. (UFC) ; ARAUJO, J. V. R. (UFC) ; MAIA, P. J. S. (UFC) ; RICARDO, N. M. P. S. (UFC)
RESUMO: Neste trabalho foram sintetizados Nanotubos de Carbono (NTC) a partir da decomposição de gás natural utilizando-se como catalisadores o sistema Fe-Mo/MgO. Os catalisadores foram preparados por co-precipitação controlada de hidróxidos a partir de sais solúveis dos metais e posterior calcinação. Os NTCs foram crescidos em um forno horizontal a 900°C, usando-se CH4 como fonte de carbono e Ar como gás de arraste. Os NTCs obtidos foram caracterizados por caracterizados: MEV, Espectroscopia Raman, Análise Térmica e Difração de raios X. Os resultados obtidos mostraram que os NTCs sintetizados eram de parede simples e que os mesmos precisaram passar por uma etapa de purificação com ácidos minerais para remoção de catalisadores oriundos do processo de síntese.
PALAVRAS CHAVES: cvd, nanotubos de carbono, síntese.
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos tem havido um crescente interesse em nanociência, basicamente para compreender o comportamento de materiais com dimensões atômicas. Hoje em dia, uma das áreas que concentra um número crescente de estudos é a que investiga as nanoestruturas e os nanotubos. Devido às notáveis propriedades elétricas e mecânicas dos nanotubos de carbono têm despertado a atenção de muitos pesquisadores devido ao seu grande potencial de aplicação em nanotecnologia. Um método de síntese adequado para a obtenção desses materiais é a deposição química da fase vapor (CVD) (M.S.Dresselhaus,2001), o qual se baseia na decomposição térmica de hidrocarbonetos na presença de um catalisador. Os métodos de síntese de NTCs geram nanotubos de carbono e impurezas que podem obter até 80% em massa, dependendo do método utilizado. Faz-se necessário de uma etapa de purificação para que seja eliminados subprodutos de síntese como: carbono amorfo e partículas de metais de transição (catalisadores) e de cerâmicas (suportes) se for o caso (R.C.Haddon,2004). Como etapa posterior da síntese vem à caracterização dos materiais. A caracterização pode ser feita por: análise térmica, espectroscopia Raman, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, dentre outras. Então esse trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de nanotubos de carbono por microscopia eletrônica de varredura, análise térmica, espectroscopia Raman e difração de raios X dos materiais obtidos por CVD.
MATERIAL E MÉTODOS: O catalisador utilizado em nossa síntese foi preparado por co-precipitação controlada de hidróxidos a partir de sais solúveis dos metais e posterior calcinação. Os NTCs foram crescidos em um forno horizontal a 1173K, sobre o catalisador bimetálico de Fe/Mo suportados em óxido de magnésio e metano (CH4), como fonte de carbono (B.C.Liu,2004). Os NTCs foram submetidos a uma etapa de purificação com ácidos para remoção da matriz cerâmica, carbono amorfo e restos de catalisadores metálicos utilizados na síntese. A etapa de purificação processou-se de duas etapas: a primeira etapa constou de ataque ácido e a segunda oxidativa. Na primeira etapa, utilizou-se HCl 6M em diferentes tempos de reação e sob condição de refluxo, e para comparação foi utilizado HNO3. A segunda etapa oxidativa, teve como função a remoção de carbono amorfo, na qual os NTCs depois da etapa anterior foram levados para o forno mufla, para oxidar em atmosfera de N2 à temperatura de 673K durante 3600s. Em seguida os NTCs foram caracterizados por: análise térmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman e difração de raios X.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Análise Térmica:A caracterização da composição da amostra bruta por TGA revelou que a mesma apresentava impurezas dos catalisadores e carbono amorfo. Observou-se por TGA e MEV sinais de catalisadores nas amostras brutas e purificadas. Este fato é uma forte indicação de que as partículas metálicas estavam encapsuladas, provavelmente por camadas grafíticas, o que dificulta o ataque ácido e sua remoção. Verificando os gráficos de TGA, observa-se a presença de catalisadores e carbono amorfo, dentre as prováveis substâncias que se encontram de forma impuras na amostra podemos citar: C, Fe, Mg e Mo. Observando os gráficos para o NTC formado não tratado podemos observar uma pureza em torno de 35% e após a etapa de purificação a mesma amostra apresenta uma pureza de 71% de pureza. Verificou-se também uma diminuição na sua resistência térmica de 600ºC para 500ºC indicando que durante o processo de purificação o NTC provavelmente foi atacado pelo ácido, pelo mesmo apresentar apenas uma parede. Confirmou-se que após o processo de síntese de NTC. MEV:revelou que, as amostras apresentaram muitas partículas de impurezas, tais como: Carbono amorfo e catalisadores em sua estrutura como podemos observar nas imagens. Os NTC formados são esses emaranhados de fios grafíticos que foram sintetizados por CVD.Espectroscopia Raman:Os espectros de espalhamento Raman (514,5 nm), confirmaram a presença dos modos radiais (RBM), região entre 100 e 250 cm-1, observados apenas em nanotubos de diâmetro de aproximadamente 1 nm, caracterizando como sendo de uma única parede. Apaceram as bandas D em 1352 cm-1 devido à presença de defeitos e 1590 cm-1 devido a cristalinidade do material. DRX:Os raios x, confirmaram que na amostra bruta apresentava fases de grafite,carbetos de Fe e Mo e óxido de magnésio.
CONCLUSÕES: A rota sintética foi eficiente para a produção de nanopartículas catalisadoras suportadas em MgO para a síntese de nanotubos de carbono pelo método CVD. Por espalhamento Raman, o NTC produzido é de boa qualidade e de parede simples. Pelos estudos de termogravimetria, que a resistência térmica dos mesmos é diminuída depois da purificação e que os NTC formados, vêm acompanhados de carbono amorfo e partículas metálicas dos catalisadores. Pelo DRX, que a purificação é imprescindível para o estudo de NTC, visto que os mesmos são impuros.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem pelo apoio financeiro do CNPq / PIBIC a este projeto de pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Dresselhaus, M.S.; Dresselhaus, G.; Avouris, P.; Applied Physics, 2001, 80, 15.
Haddon, R. C.; Sippel, J.; Rinzler, A. G.; Papadimitrakopoulos, F.; Materials Research Society Bulletin, 2004, 29, 252.
Liu, B. C.; Lyu, S. C.; Jung, S. I.; Kang, H. K.; Yang, C. W.; Park, J. W.; Park, C. Y.; Lee, C. J.; Chem. Phys. Lett, 2004, 383, 104.
Chen, P. et al, Science, 1999, 285, 91.
