گروهی از محققان آمریکایی با بهره‌گیری از روش‌های مختلف تعیین مشخصات، برهمکنش میان کاتالیزور مس و نانوالیاف کربنی را پس از آغاز تشکیل الیاف مورد مطالعه قرار دادهاند.
گامی به سوی درک بهتر برهمکنش میان کاتالیزور مس و نانومواد کربنی
تاکنون از طریق تجزیه کاتالیستی گازهای هیدروکربنی، نانوساختارهای کربنی مختلفی با موفورلوژی‌ها و ساختارهای داخلی متفاوت (همچون نانولوله‌های کربنی، نانوالیاف کربنی و گرافن) سنتز شده‌اند. عوامل گوناگونی وجود دارند که بر سنتز نانومواد کربنی اثر می‌گذارند که از آن جمله می‌توان به ترکیب و اندازه کاتالیزور، نوع گاز هیدروکربنی، دما و زمان واکنش اشاره کرد. نانومواد کربنی مختلف که دارای پیکربندی اتمی متفاوتی هستند، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مختلفی نیز از خود بروز می‌دهند. در نتیجه سنتز نانومواد کربنی با موروفولوژی و ساختار داخلی کنترل شده جهت استفاده به‌عنوان واحدهای ساختمانی قطعات الکترونیکی و اُپتیکی نانومقیاس، پایه‌های کاتالیزور پیل‌های سوختی، تصویربرداری زیست‌پزشکی و کاربردهای دیگر ضروری است.
با وجود تمام پیشرفت‌هایی که در زمینه سنتز نانومواد کربنی صورت گرفته است، تولید ورقه‌های گرافنی با تعداد لایه‌های مشخص و یا مجموعه‌ای از نانولوله‌های کربنی با قطر و کایرالیته یکسان همچنان چالش‌برانگیز است.
لیفنگ دونگ، استاد دانشگاه علم و فناوری Qingdao و استادیار دانشگاه ایالتی میسوری می‌گوید: «برای غلبه بر این مشکلات باید برهمکنش میان کاتالیزور و نانومواد کربنی مطالعه شود تا چگونگی تسهیل رشد نانومواد کربنی توسط کاتالیزور درک شده و در نتیجه با تنظیم پارامترهای کاتالیز، موادی با ویژگی‌های کنترل‌شده سنتز گردد».
حال دونگ و گروهش با همکاری محققان مرکز ملی میکروسکوپی الکترونی در آزمایشگاه ملی لورنس برکلی نشان دادهاند که به‌دلیل انحلال پایین مس در کربن و تمایل بالای آن برای اکسیژن، کاتالیزورهای تک‌بلوری مس پس از رشد نانوالیاف کربنی به شکل نانوذرات اکسید مس درآمده و در سطح الیاف قرار می‌گیرند. در این کار پژوهشگران از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (روبشی) با تصحیح عدم انطباق کانونی دوگانه (STEM/TEM) با ولتاژ شتاب‌دهی ۸۰ کیلوولت استفاده کردند.
این کار که جزئیات آن در مجله Nanotechnology منتشر شده است، گامی به‌سوی درک بهتر برهمکنش‌های میان کاتالیزور مس و نانومواد کربنی بوده و روشی ساده و موثر برای حذف ناخالصی‌های مسی از الیاف کربنی ارائه می‌دهد.
دونگ می‌گوید: «گرافن، نانولوله‌های کربنی و نانوالیاف کربنی با استفاده از تجزیه هیدروکربن‌های مختلف و با بهره‌گیری از کاتالیزور مس در شرایط مختلفی سنتز شده‌اند، اما تا جایی که ما اطلاع داریم تاکنون هیچ مطالعه‌ای در زمینه برهمکنش میان مس و نانوالیاف کربنی پس از آغاز تشکیل الیاف صورت نگرفته است. ما در اینجا برای اولین بار این نوع برهمکنش را با استفاده از TEM/STEM، طیف‌سنجی الکترونی کاهش انرژی (EELS)، و TEM با انرژی فیلتر شده مطالعه کرده‌ایم».
