단일벽, 다중벽 탄소나노튜브는 다양한 성장온도에서 아세틸렌(C_2H_2)의 열분해에 의해 RTCVD 반응기안에서 MgO에 담지된 두 가지 금속 촉매에서 성장되었다. 성장온도는 500-1000℃로 변화되었다. Co-Mo, Fe-Mo 그리고 Ni-Mo의 세가지 종류의 두 가지 금속촉매가 탄소나노튜브의 성장에 사용되었다. 촉매들은 함침법을 통해 합성되었다. 촉매로서 채워진 두 가지 금속 물질은 1:1의 무게 비율을 가지고 5-40 % 무게질량에 따라 변화하였다. 10 wt%까지 채워진 금속의 촉매인 경우에 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 20-40 wt%에 따라 채워진 금속 촉매는 고밀도의 다중벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 촉매로서 채워진 금속 물질의 증가는 나노튜브의 빠른 밀도 증가 및 성장수율을 나타내었다. 이는 세 종류의 촉매들 중에서 Co-Mo의 경우가 좋은 구조를 보여주는 나노튜브를 성장시킴을 기대할 수 있었다. 고순도이면서 30 분의 성장속도의 경우 577 wt%의 가장 높은 나노튜브의 수율은 40 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매의 경우에 수행되었다. 나노튜브의 직경은 촉매 안에 채워진 금속양과 함께 증가하였고 평균 직경은 7-l5nm로 다양하였다. 5 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매에 성장된 단일벽 나노튜브의 경우 그 직경은 HRTEM에 의해 ~l nm로 관찰되었다. 다른 결합을 가진 30 wt%의 촉매 활동도는 30분 동안 800℃에서 탄소의 ...
단일벽, 다중벽 탄소나노튜브는 다양한 성장온도에서 아세틸렌(C_2H_2)의 열분해에 의해 RTCVD 반응기안에서 MgO에 담지된 두 가지 금속 촉매에서 성장되었다. 성장온도는 500-1000℃로 변화되었다. Co-Mo, Fe-Mo 그리고 Ni-Mo의 세가지 종류의 두 가지 금속촉매가 탄소나노튜브의 성장에 사용되었다. 촉매들은 함침법을 통해 합성되었다. 촉매로서 채워진 두 가지 금속 물질은 1:1의 무게 비율을 가지고 5-40 % 무게질량에 따라 변화하였다. 10 wt%까지 채워진 금속의 촉매인 경우에 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 20-40 wt%에 따라 채워진 금속 촉매는 고밀도의 다중벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 촉매로서 채워진 금속 물질의 증가는 나노튜브의 빠른 밀도 증가 및 성장수율을 나타내었다. 이는 세 종류의 촉매들 중에서 Co-Mo의 경우가 좋은 구조를 보여주는 나노튜브를 성장시킴을 기대할 수 있었다. 고순도이면서 30 분의 성장속도의 경우 577 wt%의 가장 높은 나노튜브의 수율은 40 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매의 경우에 수행되었다. 나노튜브의 직경은 촉매 안에 채워진 금속양과 함께 증가하였고 평균 직경은 7-l5nm로 다양하였다. 5 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매에 성장된 단일벽 나노튜브의 경우 그 직경은 HRTEM에 의해 ~l nm로 관찰되었다. 다른 결합을 가진 30 wt%의 촉매 활동도는 30분 동안 800℃에서 탄소의 증착에 의한 함수로서 조사되었다. 조사된 범위 안에서 단일 금속 촉매는 나노튜브를 성장하기 위해서 불활성이거나 (Mo 촉매) 혹은 낮은 활동도(Co-, Fe-, Ni 촉매)를 나타낸 반면 Mo이 다른 금속 (Co 혹은 Fe 혹은 Ni)들과 혼합되었을 때 촉매의 활동도는 증가하였다. 1:2, 1:1 그리고 2:1의 두 금속 사이의 질량비를 갖는 두 가지 금속 촉매(Co-Mo 혹은 Fe-Mo)는 탄소나노튜브의 성장에 높은 촉매 활동도를 보여 주었다. 촉매에 함유된 Mo의 양이 Co-Mo의 경우에서 보다 높은 반면에 나노튜브의 형태는 다소 떨어지는 특성을 보여주었다. 하지만 Fe-Mo촉매 안에 함유된 Mo의 높은 양은 좋은 특성의 나노튜브를 나타내었고 이는 FESEM과 Raman 분석에 의해 관찰되었다. 나노튜브의 매끄러움과 균일성은 두 금속들의 비가 두가지 촉매인 경우 1:1일 때 증가하였다. 탄소나노튜브의 성장은 1:1의 질량비를 갖는 30 wt%의 Co-Mo 촉매에 대해 정밀하게 분석되었다. 탄소나노튜브의 성장은 500-1000℃의 온도 영역에서 철저하게 분석되었다. 거의 섬유형태의 나노튜브들은 500℃의 성장온도에서 관찰되었고 반면에 다른 성장온도의 경우에는 잘 배열된 흑연 구조를 가지고 있었다. 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브의 혼합이 900℃와 1000℃의 성장온도에서 발견되었다. 나노튜브의 직경은 성장온도가 증가함에 따라 감소하였다. 높은 수율의 나노튜브는 700℃와 800℃에서 관찰되었다. 하지만 그 수율은 성장온도가 이 온도 영역에서 보다 높거나 낮은 경우에 급격히 감소하였다 가장 높은 성장 수율은 725℃의 온도에서 관찰되었다. 나노튜브의 결정성과 균일성은 온도가 증가함에 따라 증가하였고 이는 라만 스펙트럼 분석에 의해서 알 수 있었다. 탄소나노튜브의 수율은 성장 초기에 급격히 증가하였다가 성장 시간이 증가함에 따라 서서히 증가하였다. 성장 속도(분, min 당 촉매의 무게, g 당 탄소나노튜브의 무게, g)는 성장시 5분까지는 높았고 그 후 30분까지 성장 시간이 증가함에 따라 급격히 감소하였다. 성장속도의 변화는 보다 높은 성장 시간의 경우 점근선적인 성질을 보여주고 있고 그 결과 매끄러운 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 성장된 나노튜브의 구조와 형태는 라만과 TGA, FESEM 및 TEM에 의해 분석되었다. 이 분석 데이터로부터 탄소 나노튜브의 성장은 성장 온도를 변화하는 것 뿐만 아니라 촉매로서 사용되는 금속들을 변화시킴에 따라 규칙적으로 조절될 수 있다라고 결론지어졌다. XRD와 EDX분석으로부터 담체로서 MgO와 촉매금속들 사이의 고용체는 촉매로 형성된다는 것을 발견하였다. 고용체의 형성은 ~100℃의 낮은 온도에서 지배적이지만 고용체의 분율은 온도가 증가하면서 열처리에 의해 보다 낮아지게 된다. 촉매들의 성분과 결합은 EDX분석에 의해 지켜보았다. 반응에 참가한 모든 담체와 금속촉매들의 양은 EDX 분석으로부터 알 수는 없었다. EDX 결과로부터 MgO의 계산된 양은 촉매에 사용된 양의 20%보다 적은 양임을 알 수 있었다. 탄소나노튜브의 성장후에 계산된 MgO의 양은 그 양이 처음 담아놓은 양과 비교했을 때 훨씬 적었음에도 불구하고 그 양은 증가하였다. 일반적으로 촉매에 있어서 Mo의 측정할 수 있는 양은 다른 금속 (즉, Co) 보다 훨씬 낮았지만 부과된 Mo의 양은 비록 Co의 양이 변하지 않고 남아있었더라도 탄소나노튜브의 성장후에 EDX 분석에 의해 측정되었다. 아세틸렌의 열분해로부터 생성된 안정한 화학성분은 C, CH, C_2, C_2H, C_2H_2,C_2H_3와 C_2H_4이고 이것은 QMS에 의한 가스분석에 의해 관찰되었다. 분해에 의해 생성된 생성물들의 규모와 결합은 촉매반응 혹은 비촉매반응 하에 500-900℃의 온도를 변화함에 따라 거의 영향을 받지 않았다. 분압과 시간 변수 실험에 의해 탄소종의 소멸속도는 C, CH, C_2 및 C_2H_3가 직접 탄소나노튜브와 관계있는 것을 알수 있었다. 기체 분석 자료와 촉매 활성도로부터 탄소나노튜브의 고-액-고체 성장 메커니즘이 제안되었다. 탄소나노튜브는 희석된 무기산을 사용함으로써 촉매 금속들과 담체물질로부터 정제되었다. 정제 후에 5 % 미만의 금속과 금속 산화물이 정제된 탄소나노튜브에서 발견되었고 이는 TGA와 EDX 측정에 의해 확인할 수 있었다. 분량적인 EDX에 의해 정제를 통해 CNTs안에 있는 Mg와 Mo을 제거하였지만 2.3 wt%의 Co는 남아 있음을 보여주고 있다. 고효율 축전지 효과는 CV 측정기를 이용해 탄소나노튜브 전극을 측정하였다. 균일한 가역 CV 곡선은 전기적 이중층정전용량을 보여주었다. 전기적 출력 밀도는 CNTs 수율과 선영적인 관계를 보여주었다. 40 wt% Co-Mo 촉매를 이용하여 성장된 CNTs는 0.34 W/g의 고출력 밀도를 보여주었다. CNTs의 전계 방출 물성은 30 wt% Co-Mo 촉매를 이용하여 성장된 CNTs를 이용하여 측정하였다. 1.7 V/㎛를 인가하였을 때 10 ㎂/㎠의 전계 전류 밀도가 관찰되었다. 2209의 큰 강화 인자값과 1V의 낮은 turn-on값은 성장된 CNTs가 FED의 전자 방출기의 좋은 대체 물질임을 보여준다.
단일벽, 다중벽 탄소나노튜브는 다양한 성장온도에서 아세틸렌(C_2H_2)의 열분해에 의해 RTCVD 반응기안에서 MgO에 담지된 두 가지 금속 촉매에서 성장되었다. 성장온도는 500-1000℃로 변화되었다. Co-Mo, Fe-Mo 그리고 Ni-Mo의 세가지 종류의 두 가지 금속촉매가 탄소나노튜브의 성장에 사용되었다. 촉매들은 함침법을 통해 합성되었다. 촉매로서 채워진 두 가지 금속 물질은 1:1의 무게 비율을 가지고 5-40 % 무게질량에 따라 변화하였다. 10 wt%까지 채워진 금속의 촉매인 경우에 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 20-40 wt%에 따라 채워진 금속 촉매는 고밀도의 다중벽 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 촉매로서 채워진 금속 물질의 증가는 나노튜브의 빠른 밀도 증가 및 성장수율을 나타내었다. 이는 세 종류의 촉매들 중에서 Co-Mo의 경우가 좋은 구조를 보여주는 나노튜브를 성장시킴을 기대할 수 있었다. 고순도이면서 30 분의 성장속도의 경우 577 wt%의 가장 높은 나노튜브의 수율은 40 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매의 경우에 수행되었다. 나노튜브의 직경은 촉매 안에 채워진 금속양과 함께 증가하였고 평균 직경은 7-l5nm로 다양하였다. 5 wt% 금속이 채워진 Co-Mo촉매에 성장된 단일벽 나노튜브의 경우 그 직경은 HRTEM에 의해 ~l nm로 관찰되었다. 다른 결합을 가진 30 wt%의 촉매 활동도는 30분 동안 800℃에서 탄소의 증착에 의한 함수로서 조사되었다. 조사된 범위 안에서 단일 금속 촉매는 나노튜브를 성장하기 위해서 불활성이거나 (Mo 촉매) 혹은 낮은 활동도(Co-, Fe-, Ni 촉매)를 나타낸 반면 Mo이 다른 금속 (Co 혹은 Fe 혹은 Ni)들과 혼합되었을 때 촉매의 활동도는 증가하였다. 1:2, 1:1 그리고 2:1의 두 금속 사이의 질량비를 갖는 두 가지 금속 촉매(Co-Mo 혹은 Fe-Mo)는 탄소나노튜브의 성장에 높은 촉매 활동도를 보여 주었다. 촉매에 함유된 Mo의 양이 Co-Mo의 경우에서 보다 높은 반면에 나노튜브의 형태는 다소 떨어지는 특성을 보여주었다. 하지만 Fe-Mo촉매 안에 함유된 Mo의 높은 양은 좋은 특성의 나노튜브를 나타내었고 이는 FESEM과 Raman 분석에 의해 관찰되었다. 나노튜브의 매끄러움과 균일성은 두 금속들의 비가 두가지 촉매인 경우 1:1일 때 증가하였다. 탄소나노튜브의 성장은 1:1의 질량비를 갖는 30 wt%의 Co-Mo 촉매에 대해 정밀하게 분석되었다. 탄소나노튜브의 성장은 500-1000℃의 온도 영역에서 철저하게 분석되었다. 거의 섬유형태의 나노튜브들은 500℃의 성장온도에서 관찰되었고 반면에 다른 성장온도의 경우에는 잘 배열된 흑연 구조를 가지고 있었다. 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브의 혼합이 900℃와 1000℃의 성장온도에서 발견되었다. 나노튜브의 직경은 성장온도가 증가함에 따라 감소하였다. 높은 수율의 나노튜브는 700℃와 800℃에서 관찰되었다. 하지만 그 수율은 성장온도가 이 온도 영역에서 보다 높거나 낮은 경우에 급격히 감소하였다 가장 높은 성장 수율은 725℃의 온도에서 관찰되었다. 나노튜브의 결정성과 균일성은 온도가 증가함에 따라 증가하였고 이는 라만 스펙트럼 분석에 의해서 알 수 있었다. 탄소나노튜브의 수율은 성장 초기에 급격히 증가하였다가 성장 시간이 증가함에 따라 서서히 증가하였다. 성장 속도(분, min 당 촉매의 무게, g 당 탄소나노튜브의 무게, g)는 성장시 5분까지는 높았고 그 후 30분까지 성장 시간이 증가함에 따라 급격히 감소하였다. 성장속도의 변화는 보다 높은 성장 시간의 경우 점근선적인 성질을 보여주고 있고 그 결과 매끄러운 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 성장된 나노튜브의 구조와 형태는 라만과 TGA, FESEM 및 TEM에 의해 분석되었다. 이 분석 데이터로부터 탄소 나노튜브의 성장은 성장 온도를 변화하는 것 뿐만 아니라 촉매로서 사용되는 금속들을 변화시킴에 따라 규칙적으로 조절될 수 있다라고 결론지어졌다. XRD와 EDX분석으로부터 담체로서 MgO와 촉매금속들 사이의 고용체는 촉매로 형성된다는 것을 발견하였다. 고용체의 형성은 ~100℃의 낮은 온도에서 지배적이지만 고용체의 분율은 온도가 증가하면서 열처리에 의해 보다 낮아지게 된다. 촉매들의 성분과 결합은 EDX분석에 의해 지켜보았다. 반응에 참가한 모든 담체와 금속촉매들의 양은 EDX 분석으로부터 알 수는 없었다. EDX 결과로부터 MgO의 계산된 양은 촉매에 사용된 양의 20%보다 적은 양임을 알 수 있었다. 탄소나노튜브의 성장후에 계산된 MgO의 양은 그 양이 처음 담아놓은 양과 비교했을 때 훨씬 적었음에도 불구하고 그 양은 증가하였다. 일반적으로 촉매에 있어서 Mo의 측정할 수 있는 양은 다른 금속 (즉, Co) 보다 훨씬 낮았지만 부과된 Mo의 양은 비록 Co의 양이 변하지 않고 남아있었더라도 탄소나노튜브의 성장후에 EDX 분석에 의해 측정되었다. 아세틸렌의 열분해로부터 생성된 안정한 화학성분은 C, CH, C_2, C_2H, C_2H_2,C_2H_3와 C_2H_4이고 이것은 QMS에 의한 가스분석에 의해 관찰되었다. 분해에 의해 생성된 생성물들의 규모와 결합은 촉매반응 혹은 비촉매반응 하에 500-900℃의 온도를 변화함에 따라 거의 영향을 받지 않았다. 분압과 시간 변수 실험에 의해 탄소종의 소멸속도는 C, CH, C_2 및 C_2H_3가 직접 탄소나노튜브와 관계있는 것을 알수 있었다. 기체 분석 자료와 촉매 활성도로부터 탄소나노튜브의 고-액-고체 성장 메커니즘이 제안되었다. 탄소나노튜브는 희석된 무기산을 사용함으로써 촉매 금속들과 담체물질로부터 정제되었다. 정제 후에 5 % 미만의 금속과 금속 산화물이 정제된 탄소나노튜브에서 발견되었고 이는 TGA와 EDX 측정에 의해 확인할 수 있었다. 분량적인 EDX에 의해 정제를 통해 CNTs안에 있는 Mg와 Mo을 제거하였지만 2.3 wt%의 Co는 남아 있음을 보여주고 있다. 고효율 축전지 효과는 CV 측정기를 이용해 탄소나노튜브 전극을 측정하였다. 균일한 가역 CV 곡선은 전기적 이중층 정전용량을 보여주었다. 전기적 출력 밀도는 CNTs 수율과 선영적인 관계를 보여주었다. 40 wt% Co-Mo 촉매를 이용하여 성장된 CNTs는 0.34 W/g의 고출력 밀도를 보여주었다. CNTs의 전계 방출 물성은 30 wt% Co-Mo 촉매를 이용하여 성장된 CNTs를 이용하여 측정하였다. 1.7 V/㎛를 인가하였을 때 10 ㎂/㎠의 전계 전류 밀도가 관찰되었다. 2209의 큰 강화 인자값과 1V의 낮은 turn-on값은 성장된 CNTs가 FED의 전자 방출기의 좋은 대체 물질임을 보여준다.
Carbon nanotubes of single-walled as well as multi-walled were grown on magnesia (MgO) supported bimetallic catalyst by thermal decomposition of acetylene (C_(2)H_(2)) at various growth temperatures in a rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD) reactor. Growth temperature was varied from 500 ...
Carbon nanotubes of single-walled as well as multi-walled were grown on magnesia (MgO) supported bimetallic catalyst by thermal decomposition of acetylene (C_(2)H_(2)) at various growth temperatures in a rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD) reactor. Growth temperature was varied from 500 to 1000℃. Three types of bimetallic catalysts Co-Mo, Fe-Mo and Ni-Mo were used for the growth of carbon nanotubes (CNTs). Catalysts were synthesized through impregnation method. The metal loading in the catalyst was varied from 5 to 40 wt% with 1:1 weight ratios of the two metals. It has been found that the catalyst with metal loading up to 10 wt% results ingrowth of high quality single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Catalyst with metal loading from 20 to 40 wt% resulted the growth of high density multi-walled carbon nanotubes (MWNTs). The increase in metal loading in the catalyst resulted in a rapid increase of density and growth yield of nanotubes. It was realized that among the three sets of catalyst, Co-Mo is promising to grow well-structured nanotubes. A highest carbon yield of 577 wt% for the growth time of 30 min with high-density nanotubes was achieved for the 40 wt% metal loaded Co-Mo catalyst. Diameter of the tubes increased with metals loading in the catalysts and the average diameter varied from 7 to 15 ㎚. In case of SWNTs grown over 5 wt% metals loaded Co-Mo catalyst, the diameter of the tubes observed -1 ㎚ from HRTEM image. The catalytic activity of 30 wt% catalyst with different combinations was investigated as a function of carbon deposition at 800℃ for 30 min. It was observed that monometallic catalyst was either inactive (Mo-catalyst) or poorly active (Co-, Fe-, Ni-catalyst) to grow nanotubes in the investigated limit but increased the activity of the catalyst when molybdenum mixed with other metals (like Co, or Fe, or Ni). The bimetallic catalyst (Co-Mo or Fe- Mo) with the weight ratios of two metals of 1 :2, 1 : 1 and 2: 1 showed high catalytic activity towards CNTs growth. Tube morphology became inferior while the molybdenum content in the catalyst was higher in case of Co-Mo system but higher amount of molybdenum in the Fe-Mo catalyst resulted good quality nanotubes found by FESEM and Raman spectroscopy study. The smoothness and uniformity of the tubes increased when the ratio of two metals is 1 : 1 for both sets of the catalyst. The growth of carbon nanotubes was elaborately investigated over 30 wt% Co-Mo catalyst with 1:l weight ratio of the two metals. The growth of CNTs was found throughout the investigated temperature range of 500 to 1000℃. Almost fiber type structure of the tubes was observed for the growth temperature of 500℃ while the tubes with highly ordered graphite structure was achieved for other growth temperature. A mixture of SWNTs and MWNTs were found for the growth temperature of 900 and 1000℃. The diameter of the tube decreased with increasing growth temperature. High yield of carbon nanotubes observed around 700 to 800℃ but yield rapidly decreased when the growth temperature was higher or lower than this range. A highest yield was observed at the growth temperature of 725℃. The crystallinity and uniformity of the tubes increased with temperature, which was found by Raman spectroscopy study. Yield of carbon nanotube rapidly increased at the beginning of the growth and then slowly but gradually increased with increasing growth time. Growth rate (gram CNTs per gram of catalyst per min) was high till 5 min of growth and then sharply decreased with increasing growth time up to 30 minutes. The variation of growth rate showed asymptotic nature for larger growth time and resulted smooth nanotubes. The structure and morphology of the grown nanotubes were investigated with Raman, TGA, FESEM and TEM measurements. From the achieved information it was concluded that the growth of carbon nanotubes could be controlled systematically by changing the metals loading in the catalyst as well as changing the growth temperature. From the XRD and EDX measurements, it has been found that a solid solution between support MgO and catalyst metals was formed in the catalyst. Formation of solid solutions predominant at the lower temperature -100℃ but the fraction of solid solution became lower with heat treatment at elevated temperature. Catalysts component and combinations were followed by EDX measurements. The total loaded amount of support and metals in the catalyst were not found from EDX measurement. The calculated amount of MgO from EDX data was found 20% less than the loaded amount in the catalysts. After CNTs growth the calculated amount of MgO increased even though the amount was still less compared with the loaded value. In general,the detectable amount of molybdenum in the catalyst was lower than other metal (e.g. Co) but the total imposed amount of molybdenum in the catalyst was detected by EDX measurement after CNTs growth even though the cobalt content remained unchanged. The stable chemical species generated from the thermal cracking of acetylene are C, CH, C_(2), C_(2)H, C_(2)H_(2), C_(2)H_(3) and C_(2)H_(4), which were observed using online gas analysis by quadruple mass spectroscopy (QMS). Themagnitude and combination of cracking products rarely influenced bychanging temperature from 500 to 900℃ under catalytic or non-catalyticconditions. From partial pressure-time variation measurements it has been found that the consumption rate of carbon species C, CH, C_(2) and C_(2)H_(3) were directly related with carbon nanotube. From the gas analysis data and catalyst activity, a solid-liquid-solid growth mechanism of carbon nanotubes growth was proposed. Carbon nanotubes were purified from catalyst metals and support materials by using dilute mineral acid. After purification less than 5% metals or metal-oxides were found in the purified CNTs as confirmed from TGA and XRD measurements. The quantitative EDX measurement showed that magnesium and molybdenum were totally removed from CNTs through purification but only 0.23 wt% cobalt remained in the purified CNTs. Effective supercapacitor properties were tested for the carbon nanotubes electrodes by cyclic voltammetric (CV) measurement. The uniform reversible CV curve showed the electrical-double-layer capacitance for the CNTs electrode. Electrical power density showed a linear relation with CNTs yield. CNTs grown over 40 wt% Co-Mo catalyst showed the highest power density of 0.34 W/g for the CNTs electrode. Field emission properties of CNTs film was investigated for the CNTs grown over 30 wt% Co-Mo catalyst. An emission current density of 10 ㎂/㎠ 'was observed for an applied potential of 1.7 V/㎛. The large enhancement factor of 2209 and low turn-on potential of -1 v indicated that the grown CNTs to be a good candidate for the electron emitter in field emission displays.
Carbon nanotubes of single-walled as well as multi-walled were grown on magnesia (MgO) supported bimetallic catalyst by thermal decomposition of acetylene (C_(2)H_(2)) at various growth temperatures in a rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD) reactor. Growth temperature was varied from 500 to 1000℃. Three types of bimetallic catalysts Co-Mo, Fe-Mo and Ni-Mo were used for the growth of carbon nanotubes (CNTs). Catalysts were synthesized through impregnation method. The metal loading in the catalyst was varied from 5 to 40 wt% with 1:1 weight ratios of the two metals. It has been found that the catalyst with metal loading up to 10 wt% results ingrowth of high quality single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Catalyst with metal loading from 20 to 40 wt% resulted the growth of high density multi-walled carbon nanotubes (MWNTs). The increase in metal loading in the catalyst resulted in a rapid increase of density and growth yield of nanotubes. It was realized that among the three sets of catalyst, Co-Mo is promising to grow well-structured nanotubes. A highest carbon yield of 577 wt% for the growth time of 30 min with high-density nanotubes was achieved for the 40 wt% metal loaded Co-Mo catalyst. Diameter of the tubes increased with metals loading in the catalysts and the average diameter varied from 7 to 15 ㎚. In case of SWNTs grown over 5 wt% metals loaded Co-Mo catalyst, the diameter of the tubes observed -1 ㎚ from HRTEM image. The catalytic activity of 30 wt% catalyst with different combinations was investigated as a function of carbon deposition at 800℃ for 30 min. It was observed that monometallic catalyst was either inactive (Mo-catalyst) or poorly active (Co-, Fe-, Ni-catalyst) to grow nanotubes in the investigated limit but increased the activity of the catalyst when molybdenum mixed with other metals (like Co, or Fe, or Ni). The bimetallic catalyst (Co-Mo or Fe- Mo) with the weight ratios of two metals of 1 :2, 1 : 1 and 2: 1 showed high catalytic activity towards CNTs growth. Tube morphology became inferior while the molybdenum content in the catalyst was higher in case of Co-Mo system but higher amount of molybdenum in the Fe-Mo catalyst resulted good quality nanotubes found by FESEM and Raman spectroscopy study. The smoothness and uniformity of the tubes increased when the ratio of two metals is 1 : 1 for both sets of the catalyst. The growth of carbon nanotubes was elaborately investigated over 30 wt% Co-Mo catalyst with 1:l weight ratio of the two metals. The growth of CNTs was found throughout the investigated temperature range of 500 to 1000℃. Almost fiber type structure of the tubes was observed for the growth temperature of 500℃ while the tubes with highly ordered graphite structure was achieved for other growth temperature. A mixture of SWNTs and MWNTs were found for the growth temperature of 900 and 1000℃. The diameter of the tube decreased with increasing growth temperature. High yield of carbon nanotubes observed around 700 to 800℃ but yield rapidly decreased when the growth temperature was higher or lower than this range. A highest yield was observed at the growth temperature of 725℃. The crystallinity and uniformity of the tubes increased with temperature, which was found by Raman spectroscopy study. Yield of carbon nanotube rapidly increased at the beginning of the growth and then slowly but gradually increased with increasing growth time. Growth rate (gram CNTs per gram of catalyst per min) was high till 5 min of growth and then sharply decreased with increasing growth time up to 30 minutes. The variation of growth rate showed asymptotic nature for larger growth time and resulted smooth nanotubes. The structure and morphology of the grown nanotubes were investigated with Raman, TGA, FESEM and TEM measurements. From the achieved information it was concluded that the growth of carbon nanotubes could be controlled systematically by changing the metals loading in the catalyst as well as changing the growth temperature. From the XRD and EDX measurements, it has been found that a solid solution between support MgO and catalyst metals was formed in the catalyst. Formation of solid solutions predominant at the lower temperature -100℃ but the fraction of solid solution became lower with heat treatment at elevated temperature. Catalysts component and combinations were followed by EDX measurements. The total loaded amount of support and metals in the catalyst were not found from EDX measurement. The calculated amount of MgO from EDX data was found 20% less than the loaded amount in the catalysts. After CNTs growth the calculated amount of MgO increased even though the amount was still less compared with the loaded value. In general,the detectable amount of molybdenum in the catalyst was lower than other metal (e.g. Co) but the total imposed amount of molybdenum in the catalyst was detected by EDX measurement after CNTs growth even though the cobalt content remained unchanged. The stable chemical species generated from the thermal cracking of acetylene are C, CH, C_(2), C_(2)H, C_(2)H_(2), C_(2)H_(3) and C_(2)H_(4), which were observed using online gas analysis by quadruple mass spectroscopy (QMS). Themagnitude and combination of cracking products rarely influenced bychanging temperature from 500 to 900℃ under catalytic or non-catalyticconditions. From partial pressure-time variation measurements it has been found that the consumption rate of carbon species C, CH, C_(2) and C_(2)H_(3) were directly related with carbon nanotube. From the gas analysis data and catalyst activity, a solid-liquid-solid growth mechanism of carbon nanotubes growth was proposed. Carbon nanotubes were purified from catalyst metals and support materials by using dilute mineral acid. After purification less than 5% metals or metal-oxides were found in the purified CNTs as confirmed from TGA and XRD measurements. The quantitative EDX measurement showed that magnesium and molybdenum were totally removed from CNTs through purification but only 0.23 wt% cobalt remained in the purified CNTs. Effective supercapacitor properties were tested for the carbon nanotubes electrodes by cyclic voltammetric (CV) measurement. The uniform reversible CV curve showed the electrical-double-layer capacitance for the CNTs electrode. Electrical power density showed a linear relation with CNTs yield. CNTs grown over 40 wt% Co-Mo catalyst showed the highest power density of 0.34 W/g for the CNTs electrode. Field emission properties of CNTs film was investigated for the CNTs grown over 30 wt% Co-Mo catalyst. An emission current density of 10 ㎂/㎠ 'was observed for an applied potential of 1.7 V/㎛. The large enhancement factor of 2209 and low turn-on potential of -1 v indicated that the grown CNTs to be a good candidate for the electron emitter in field emission displays.
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