Multi-walled Carbon Nanotubes Synthesis by Arc Discharge Method in a Glass Chamber

Authors

  • Arturo Tepale-Cortés Instituto Tecnológico de Toluca
  • Hilda Moreno-Saavedra Instituto Tecnológico de Toluca
  • Celso Hernández-Tenorio Instituto Tecnológico de Toluca
  • Teresa Rojas-Ramírez Instituto Tecnológico de Toluca
  • Javier Illescas Instituto Tecnológico de Toluca

DOI:

https://doi.org/10.29356/jmcs.v65i4.1486

Keywords:

CNT, arc discharge, catalyst, MWCNTs, hybridization

Abstract

Abstract. In the present paper, carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by arc discharge method by vaporizing graphite rods in the presence of Ni and a Ni/Y mixture as catalysts for subsequent use in electrical energy storage and conversion devices. CNTs synthesis was carried out in a cylindrical glass reactor applying a controlled Argon flow of 1.43 cm3/min and a chamber pressure of 39 kPa. Carbon powder was collected from the reactor following chemical treatment with HCl solution at 1 M to remove the metallic impurities. Morphology obtained by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed multi-walled nanotubes (MWCNTs) with amorphous carbon particles attached to their surface. Fourier transform infrared (FT-IR) spectra presented bands at 1550 and 1200 cm–1 corresponding to the C=C bond characteristic to the CNTs skeleton; these bands were not present in pristine graphite. Electromagnetic absorbance was observed using ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis) showing peaks at 204 and 256 nm related to sp2 hybridization characteristic for MWCNTs.

 

Resumen. En el presente trabajo se sintetizaron nanotubos de carbono (NTCs) por el método de descarga de arco mediante la vaporización de barras de grafito en presencia de Ni y una mezcla de Ni/Y como catalizadores para su posterior uso en dispositivos de almacenamiento y conversión de energía eléctrica. La síntesis de NTCs se realizó en un reactor cilíndrico de vidrio aplicando un flujo controlado de Argón de 1.43 cm3/min y una presión de cámara de 39 kPa. El polvo de carbón se recolectó del reactor y se trató químicamente con una solución de HCl a 1 M para eliminar las impurezas metálicas. La morfología obtenida por microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía electrónica de transmisión (MET) mostró nanotubos de paredes múltiples (NTCPMs) con partículas de carbón amorfo adheridas a su superficie. Los espectros de infrarrojo transformada de Fourier (FT-IR) mostraron bandas en 1550 y 1200 cm–1 que corresponden al enlace C=C característico de los NTCs; estas bandas no estuvieron presentes en el grafito prístino. La absorbancia electromagnética se observó mediante espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis) mostrando picos a 204 y 256 nm relacionadas con la hibridación sp2 característica de los NTCPMs.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Arturo Tepale-Cortés, Instituto Tecnológico de Toluca

División de Estudios de Posgrado e Investigación.

Hilda Moreno-Saavedra, Instituto Tecnológico de Toluca

División de Estudios de Posgrado e Investigación.

Celso Hernández-Tenorio, Instituto Tecnológico de Toluca

División de Estudios de Posgrado e Investigación.

Teresa Rojas-Ramírez, Instituto Tecnológico de Toluca

División de Estudios de Posgrado e Investigación.

Javier Illescas, Instituto Tecnológico de Toluca

División de Estudios de Posgrado e Investigación.

References

Zou, J.; Zhang, Q. In Carbon Nanotubes and Their Applications, Ed. CRC Press. USA. 2012, 1-27.

Eatemadi, A.; Daraee, H.; Karimkhanloo. H.; Kouh, M.; Zarghami, N.; Akbarzadeh, A.; Abasi, M.; Hanifehpou, Y.; Joo, S. W. Nanoscale Res. Lett. 2014, 9, 1-31. DOI: http://doi:10.1186/1556-276X-9-393.

Candelaria, S. L.; Shao, Y.; Zhou, W.; Li, X.; Xiao, J.; Zhang, J.-G.; Wang, Y.; Liu, J.; Li, J.; Cao, G. Nano Energy. 2012, 1, 195–220. DOI: http://doi:10.1016/j.nanoen.2011.11.006

Chen, T.; Dai, L. Mater. Today. 2013, 16, 272-280. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2013.07.002

Hanaei, H,; Assadi, M. K.; Saidur, R. Renewable Sustainable Energy Rev, 2016, 59, 620–635 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.01.017

Paradise, M.; Goswami, T. Mater. Des. 2007, 28, 1477-1489. DOI: http://doi:10.1016/j.matdes.2006.03.008

Liu, J.; Dai, L. Carbon Nanomater. Adv. Energy Syst., Ed. John Wiley & Sons, Inc. USA. 2015. 165-189.

Zhang, L. L.; Zhao, X. S. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2520-2531. DOI: http://DOI:10.1039/b813846j

Sharma, R.; Sharma, A. K.; Sharma, V. Cogent Engineering. 2015, 2, 1-10. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/23311916.2015.1094017

He, B.; Tang, Q.; Luo, J.; Li, Q.; Chen, X.; Cai, H. J. Power Sources. 2014, 170-177. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.01.072

Snook, G. A.; Kao, P.; Best, A. S. J. Power Sources. 2011, 196, 1–12. DOI: http://doi:10.1016/j.jpowsour.2010.06.084

Hosseini, T. ; Kouklin, N. In Carbon Nanotubes: Curr. Prog. Their Polym. Compos., Ed. InTech, Croatia. 2016, 95-123. DOI: http://dx.doi.org/10.5772/62692

Dai, H. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 1035-1044.

Ostrogorsky, A. G.; Marín, C. Heat Mass Transfer. 2006, 42, 470-477. DOI: http://DOI:10.1007/s00231-005-0644-7

Levchenko, I.; Keidar, M.; Xu, S. Kersten, H.; Ostrikov, K. J. Vac. Sci. Technol., B: Microelectron. Nanometer Struct.-Process. Meas. Phenom. 2013, 31, 1-16. DOI: http://dx.doi.org/10.1116/1.4821635

Mohammad, M. I.; Moosa, A. A.; Potgieter, J. H.; Ismael, M. K. ISRN Nanomater. 2013, 1-7. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2013/785160

Tarasov, B. P.; Muradyan, V. E.; Shul’ga, Y. M.; Krinichnaya, E. P.; Kuyunko, N. S.; Efimov, O. N.; Obraztsova, E. D.; Schur, D. V.; Maehlen, J. P.; Yartys, V. A.; Lai H.-J. Carbon. 2003, 41, 1357–1364.

Mamun, A. A.; Ahmed, Y. M.; Muyibi, S. A.; Al-Khatib, M. F. R.; Jameel, A. T.; AlSaadi M.A. Arabian J. Chem. 2016, 9, 532–536. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.001

Hou, P.-X.; Liu C.; Cheng H.-M. Carbon. 2008, 46, 2003–2025. DOI: http://doi:10.1016/j.carbon.2008.09.009

Wen, L.; Jong?Beom, B.; Liming, D. In Carbon Nanomater. Adv. Energy Syst., Ed. John Wiley & Sons, Inc. USA. 2015, XVII-XVIII.

Lian, Y.; Maeda, V.; Wakahara, V.; Akasaka, T.; Kazaoui, V.; Minami, V.; Shimizu, V.; Choi, V.; Tokumoto, V. J. Phys. Chem. B. 2004, 108, 8848-8854.

Prasek, J.; Drbohlavova, J.; Chomoucka, J.; Hubalek, J.; Jasek, O.; Adam, V.; Kizek, R. J. Mater. Chem. 2011, 21, 15872-15884. DOI: 10.1039/c1jm12254a

Prakash, D.; Amente, C.; Dharamvir. K.; Singh, B.; Singh, R.; Shaaban, E. R.; Al-Douri, Y.; Khenata, R.; Darroudi, M.; Verma, K.D. Ceram. Int. 2016, 42, 5600-5606. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.11.074

Zhang, J.; Wu, C.; Hou, K.; Huang, M.; Guan, L. Int. J. Hydrogen Energy, 2018, 43 , 15687- 5692. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.ijhydene.2018.07.048

Pifferi, V.; Cappelletti, G.; Di Bari C.; Meroni, D.; Spadavecchia, F.; Falciola, L. Electrochim. Acta, 2014, 146, 403–410. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2014.09.099

Das, R.; Ali, M. E.; Hamid, S. B. A. J. Nanomater. 2014, 2014, 1-9. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2014/945172

Wulan, P. P. D. K.; Permana, G.; Putri, W. A. AIP Conf. Proc. 2020, 2255, 0600141-0600146. DOI : https://doi.org/10.1063/5.0014074

Raniszewski, G.; Wiak, S. ¸ Pietrzak, L.; Szymanski, L.; Kolacinski, Z. Nanomaterials. 2017, 7, 1-12. DOI: doi:10.3390/nano7030050

Roslan, M. S.; Chaudhary, K. T.; Doylend, N. J. Saudi Chem. Soc. 2019, 23, 171–181. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2018.06.003

Yermagambet, B. T.; Kazankapova, M. K.; Kassenova1, Z. M.; Nauryzbayeva, A. T. Nats Akad. Nauk. Resp. Kaz., Ser. Khim. Tekhnol. 2020, 5, 126-133. DOI : https://doi.org/10.32014/2020.2518-1491.89

Kannan, M., in Fundamentals and applications of Nanotechnology, Subramanian K. S.; Janavi G. J.; Marimuthu S., Ed. Astral, 2018, 81-92.

Brydson, R.; Brown, A.; Benning, L. G. Rev. Mineral. Geochem. 2014, 78. 219-269. DOI: https://doi.org/10.2138/rmg.2014.78.6

Tepale, A.; Moreno, H.; Hernandez, C. Congr. Int. en Ing. Electrónica. Mem. ELECTRO. 2019, 41, 81-85.

Cotul, U.; Parmak, E. D. S.; Kaykilarli, C.; Saray, O.; Colak, O.; Uzunsoy; D. Acta Phys. Pol., A. 2018, 134, 289-291. DOI: http://DOI:10.12693/APhysPolA.134.289

Abdel-Salam, M.; Burke, R. Arabian J. Chem. 2017, 921-927. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.12.028

Xu, S.; Liu, J.; Li Q. Constr. Build. Mater. 2015, 76, 16–23. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.049

Feng, L.; Li, K-Z.; Xue, B. Mater. Lett. 2017, 187, 158–161. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2016.10.067

Toma, S.; Asaka, K.; Irita, M.; Saito, Y. Surf. Interface Anal. 2019, 131-135. DOI: http://DOI:10.1002/sia.6590

Kumar, S.; Nehra, M.; Kedia, Prog. Energy Combust. Sci. 2017, 1-35. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2017.10.005 0360-1285/

García-Ruiz, D. L.; Granados-Martínez, F. G.; Gutiérrez-García, C. J.; Ambriz-Torres, J.M.; Contreras-Navarrete, J.J.; Flores-Ramírez, N.; García-González, L.; Zamora-Peredo, L.; Mondragón-Sánchez, M. L.; Domratcheva-Lvova L. Rev. Mex. Ing. Quim. 2019, 18, 659-671. DOI: https://doi.org/10.24275/uam/izt/dcbi/revmexingquim/2019v18n2/GarciaR

?ucureanu, V.; Matei, A.; Avram, A. M. Crit. Rev. Anal. Chem. 2016, 46, 1547-6510. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/10408347.2016.1157013

Rance, G. A.; Marsh, D. H.; Nicholas, R. J.; Khlobystov , A. N. Chem. Phys. Lett. 2010, 493, 19–23. DOI: doi:10.1016/j.cplett.2010.05.012

Grossiord, N.; Regev, O.; Loos, J.; Meuldijk, J.; Koning, C. E. Anal. Chem. 2005, 77, 5135-5139.

Alafogianni, P.; Dassios, K.; Farmaki, S.; Antiohos, S. K.; Matikas, T. E.; Barkoula, N.-M. Colloids Surf., A. 2016, 495, 118–124. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.01.053

Njuguna, J.; Vanli, O. A.; Liang, R. J. Spectrosc. 2015, 1–11. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2015/463156

Downloads

Published

2021-09-23

Issue

Section

Regular Articles