Chemistry, Physics and Technology of Surface, 2012, 3 (1), 20-44.

Physical and Chemical Fundamentals of Purification Methods for Carbon Nanotubes (Review)



E. O. Koval'ska, M. T. Kartel, G. P. Prikhod’ko, Yu. I. Sementsov

Abstract


The physical and chemical fundamentals of purification methods for carbon nanotubes are discussed. It is established that the presence of carbon or metal impurities in the structure of carbon nanotubes depends on the method of synthesis and the experimental conditions, as well as the properties of the feedstock. The examples of the purification of carbon nanotubes depending on the method of their synthesis and types of impurities in graphene core are given. The possible methods for control the degree of purification of carbon nanotubes are described.

Full Text:

PDF (Русский)

References


Раков Э.Г. Методы получения углеродных нанотрубок // Успехи химии. – 2000. – Т. 69, № 1. – С. 41–59.

Bonard J.-M., Stora T., Salvetat J.-P. et al. Adv. Mater. 1997. 9. 827–831.

Ebbesen T.W., Hiura H., Fujita J. et al. Chem. Phys. Lett. 1993. 209. 83–90.

Taylor G.H., Fitzgerald J.D., Pahg L., Wilson M.A. J. Cryst. Growth. 1994. 135. 157–164.

Kosakovskaja Z.Ja, Chernozatonskii L.A., Fedorov E.A. JETP Lett. 1992. 56. 26–30.

Ge M., Sattler K. Science. 1993. 260. 515–518.

Ge M., Sattler K. Appl. Phys. Lett. 1994. 65. 2284–2286.

Zhou D., Seraphin S., Wang S. Appl. Phys. Lett. 1994. 65. 1593–1595.

Li Y.L., Yu Y.D., Liang Y. J. Mater. Res. 1997. 12. 1678–1680.

Kusunoki M., Rokkaku M., Suzuki T. Appl. Phys. Lett. 1997. 71. 2620–2622.

Takikava H., Miyano R., Yatsuki M., Sakakibara T. Jpn. J. Appl. Phys. A. 1998. 37. 187–189.

Kusunoki M., Shibata J., Rokkaku M., Hirayama T. Jpn. J. Appl. Phys. A. 1998. 37. L605–L606.

Val'chuk V.P., Ormont A.B., Chernozatonskii L.A. Phys. Lett. A. 1995. 200. 171–176.

Chernozatonskii L.A., Val'chuk V.P., Kiselev N.A. et al. Carbon. 1997. 35. 749–753.

Laurent Ch., Peigney A., Rousset A. J. Mater. Chem. 1998. 8. 1263–1272.

Шпак А.П., Куницкий Ю.А., Карбовский В.Л. Кластерные и наноструктурные материалы Т. 1. – Киев: Академпериодика, 2001. – 589 с.

Inagaki M., Kaneko K., Nishizawa T. Carbon. 2004. 42. 1401–1417.

Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // Успехи физических наук. – 2002. – Т. 172, № 4. – C. 401–438.

Krivoruchko O.P., Maksimova N.I., Zaikovskii V.I., Salanov A.N. Carbon. 2000. 38. 1075–1082.

Matveev A.T., Golberg D., Novikov V.P. et al. Carbon. 2001. 39. 155–158.

Shao M., Wang D., Yu G. et al. Carbon. 2004. 42. 183–185.

Kinloch I.A., Chen G.Z., Howes J. et al. Carbon. 2003. 41. 1127–1141.

Liu J., Shao M., Xie Q. et al. Carbon. 2003. 41. 2101–2104.

Yu S.-G., Yi W.-K., Lee J.-H. et al. Patent Application 20030141179 A1. United States. Method for manufacturing carbon nanotubes. January 30, 2003. Intern'l Class C01B 003/00.

Lou Z., Chen Q., Wang W., Zhang Y.Carbon. 2003. 41. 3063–3074.

Семенцов Ю.И., Мележик А.В., Приходько Г.П и др. Синтез, структура, физико-химические свойства наноугле-родных материалов / Под ред. А.П. Шпака, П.П. Горбика.– Киев: Наук. думка, 2007. – Т. 2. – 438 с.

Patent Application 6479028. United States Rapid synthesis of carbon nanotubes and carbon encapsulated metal nanoparticles by a displacement reaction. Kaner R.B., O'Loughlin J.L., Kiang Ch.-H., Wallace Ch.H. November 12, 2002. Intern'l Class C01B/3100.

Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены: Учебн. пособие. – Москва: Университетская книга, Логос, 2006. – 376 с.

Hou P.-X., Liu Ch., Cheng H.-M. Carbon. 2008. 46. 2003–2025.

Bandow S., Rao A.M., Williams K.A. et al. J. Phys. Chem. B. 1997. 101. 8839–8842.

Shelimov K.B., Esenaliev R.O., Rinzler A.G. et al. Chem. Phys. Lett. 1998. 282. 429–434.

Bonard J.M., Stora T., Salvetat J.P. et al. Adv. Mater. 1997. 9 (10). 827.

Tohji K., Goto T., Takahashi H. et al. Nature. 1996. 383. 679.

Tohji K., Takahashi H., Shinoda Y. et al. J. Phys. Chem. B. 1997. 101. 1974.

Sun X., Zaric S., Daranciang D. et al. J. Am. Chem. Soc. 2008. 130. 6551.

Fagan J.A., Becker M.L., Chun J., Hobbie E.K. Adv. Mater. 2008. 20. 1609.

Yu A.P., Bekyarova E., Itkis M.E. et al. J. Am. Chem. Soc. 2006. 128 (30). 9902.

Duesberg G.S., Muster J., Krstic V. et al. Appl. Phys. 1998. 67. 117.

Holzinger M., Hirsch A., Bernier P. et al. Appl. Phys. A. 2000. 70 (5). 599.

Niyogi S., Hu H., Hamon M.A. et al. J. Am. Chem. Soc. 2001. 123 (4). 733.

Zhao B., Hu H., Niyogi S. et al. I. Am. Chem. Soc. 2001. 123 (47). 11673.

Yang Y.L., Xie L.M., Chen Z. et al. Synthetic. Met. 2005. 155 (3). . 455.

Huang X.Y., Mclean R.S., Zheng M. Anal. Chem. 2005. 77 (19). 6225.

Shim H.C., Lee H.W., Yeom S. et al. Nanotechnology. 2007. 18 (11). 115602.

Yamamoto K., Akita S., Nakayama Y. Appl. Phys. 1998. 31 (8). 34.

Yamamoto K., Akita S., Nakayama Y. Jpn. J. Appl. Phys. 1996. 35. 917.

Krupke R., Hennrich F., von Lohneysen H., Kappes M.M. Science. 2003. 301(5631). 344.

Chun J., Fagan J.A., Hobbie E.K., Bauer B.J. Anal. Chem. 2008. 80(7). 2514.

Chen B.L., Selegue J.P. Anal. Chem. 2002. 74(18). 4774.

Liu X., Spencer J.L., Kaiser A.B., Arnold W.M. Current Applied Physics. 2006. 6. 427.

Coleman J.N., Dalton A.B., Curran S. et al. Adv. Mater. 2000. 12(3). 213.

Murphy R., Coleman J.N., Cadek M. et al. J. Phys. Chem. B. 2002. 106 (12). . 3087.

Yudasaka M., Zhang M., Jabs C., Iijima S. Appl. Phys. A. 2000. 71 (4). 449.

Georgakilas V., Voulgaris D., Vazquez E. et al. J. Am. Chem. Soc. 2002. 124 (48). 14318.

Banerjee S., Wong S.S. J. Phys. Chem. B. 2002. 106 (47). 12144.

Banerjee S., Wong S.S. Nano Lett. 2004. 4 (8). 1445.

Jeynes J.C.G., Mendoza E., Chow D.C.S. et al. Adv. Mater. 2006. 18 (12). 1598.

Sanchez-Pomales G., Santiago-Rodriguez L., Rivera-Velez N.E., Cabrera C.R. Phys. Status. Solidi. A. 2007. 204 (6). 1791.

Klumpp C., Kostarelos K., Prato M., Bianco A. BBA-Biomembranes. 2006. 1758 (3). 404.

Lambert J.M., Ajayan P.M., Bernier P., Planeix J.M. Chem. Phys. Lett. 1994. 226 (3–4). 364.

Andrews R., Jacques D., Qian D., Dickey E.C. Carbon. 2001. 39 (11). 1681.

Huang W., Wang Y., Luo G., Wei F. Carbon. 2003. 41. 2585.

Wang Y., Wu J., Wei F. Carbon. 2003. 41(15). 2939.

Kim Y.A., Muramatsu H., Hayashi T. et al. Chem. Phys. Lett. 2004. 398 (1–3). 87.

Yudasaka M., Kataura H., Ichihashi T. Nano Lett. 2001. 1 (9). 487.

Yudasaka M., Ichihashi T., Kasuya D. et al. Carbon. 2003. 41(6). 1273.

Koshio A., Yudasaka M., Iijima S. J. Phys. Chem. C. 2007. 111 (1). 10.

Kim Y.A., Hayashi T., Osawa K. et al. Chem. Phys. Lett. 2003. 380(3-4). 319.

Park Y.S., Choi Y.Ch., Kim K.S. et al. Carbon. 2001. 39. 655.

Duesberg G.S., Burghard M., Muster J. et al. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1998. 435 (9). 1984.

Doorn S.K., Fields R.E., Hu H. et al. J. Am. Chem. Soc. 2002. 124 (12). 3169.

Барский Л.А., Плаксин И.Н. Критерии оптимизации разделительных процессов. – Москва: Наука, 1967. – 117 с.

Strano M.S., Huffman C.B., Moore V.C. et al. J. Phys. Chem. B. 2003. 107 (29). 6979.

Heller D.A., Mayrhofer R.M., Baik S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004. 126 (44). 14567.

Mandakini Kanungo, Lu Helen, Malliaras George G., Blanchet Graciela B. Science. 2009. 323. 234.

Heer W.A., Bacsa W.S., Chatelain A. et al. Science. 1995. 268. 845.

Xiao K.Q., Zhang L.C. J. Mat. Sci. 2005. 40. 6513.

Zin L., Bower C. , Zhou O. Appl. Phys. Lett. 1998. 73 (9). 1197.

Xu X.J., Thwe M.M., Shearwood C., Liao K. Appl. Phys. Lett. 2002. 81(15). 2833.

Cooper CA, Ravich D, Lips D. et al. Comp. Sci Tech. 2002. 62. 1105.

Kimura T., Ago H., Tobita M. et al. Adv. Mater. 2002. 14. 1380.

Новый метод сепарации и текстурирования нанотрубок в композитах/ О. Алексеева // Информационный бюлетень ПерсТ. – 2006. – Т. 13, вып. 3. – http://www.ihim.uran.ru/news/news

Collins P.G., Arnold M.S., Avouris P. Science. 2001. 292 (5517). 706.

Venema L.C., Wildoer J.W.G., Tuinstra H.L. et al. Appl. Phys. Lett. 1997. 71. 2629.

Liu J., Rinzler A.G., Dai H. et al. Science. 1998. 280. 1253.

Нанометр: Лазерная чистка для нанотрубок; Н.В. Ярошинская Электрон. дан. – 2007. – http://www.nanometer.ru/2007/08/23/laser_3945.html свободный.

Bai X., Li D., Du D. et al. Carbon. 2004. 42. 2113.

Chen X.H., Chen C.S., Chen Q. et al. Matter. Lett. 2002. 57. 734.

Chang H.P., Bard A.J. J. Am. Chem. Soc. 1991. 113 (15). 5588.

Colbert D.T., Zhang J., Mcclure S.M. et al. Science. 1994. 266 (5188). 1218.

Shi Z., Lian Y., Liao F. et al. Solid State Commun. 1999. 112 . 35.

Arepalli S., Nikolaev P., Gorelik O. et al. Carbon. 2004. 42. 1783.

Jeong H.J., Kim K.K., Jeong S.Y. et al. J. Phys. Chem. B. 2004. 108 (46). 17695.

Banerjee S., Hemraj-Benny T., Wong S.S. Adv. Mater. 2005. 17(1). 17.

Niyogi S., Hamon M.A., Hu H. et al. Acc. Chem. Res. 2002. 35 (12). 1105.

Ajayan P.M., Ebbesen T.W., Ichihashi T. et al. Nature. 1993. 362 (6420). 522.

Ebbesen T.W., Ajayan P.M., Hiura H., Tanigaki K. Nature. 1994. 367 (6463). 519.

Chen Y.J., Green M.L.H., Griffin J.L. et al. Adv. Mater. 1996. 8(12). 1012.

Hou P.X., Bai S., Yang Q.H. et al. Carbon. 2002. 40(1). 85.

Ikazaki F., Ohshima S., Uchida K. et al. Carbon. 1994. 32 (8). 1539.

Harutyunyan A.R., Pradhan B.K., Chang J.P. et al. J. Phys. Chem. B. 2002. 106 (34). 8671.

Zimmerman J.L., Bradley R.K., Huffman C.B. et al. Chem. Mater. 2000. 12(5). 1361.

Chiang I.W., Brinson B.E., Smalley R.E. et al. J. Phys. Chem. B. 2001. 105 ( 6). 1157.

Chiang I.W., Brinson B.E., Huang A.Y. et al. J. Phys. Chem. B. 2001. 105 (35). 8297.

Sen R., Rickard S.M., Itkis M.E., Haddon R.C. Chem. Mater. 2003. 15 (22). 4273.

Zheng B., Li Y., Liu J. Appl. Phys. A. 2002. 74. 345.

Xu Y.Q., Peng H.Q., Hauge R.H., Smalley R.E. Nano Lett. 2005. 5 (1). 163.

Jeong T., Kim W.Y., Haha Y.B. Chem. Phys. Lett. 2001. 344 (1–2). 18.

Tobias G., Shao L.D., Salzmann C.G. et al. J. Phys. Chem. B. 2006. 110 (45). 22318.

Tran N., Lambrakos S. Nanotechnology. 2005. 16. 639.

Smith Jr.M.R., Hedges Sh.W., La Count R. et al. Carbon. 2003. 41. 1221.

Chiang I.W., Brinson B.E., Huang A.Y. et al. J. Phys. Chem. B. 2001. 105 (35). 8297.

Xu Y.Q., Peng H.Q., Hauge R.H., Smalley R.E. Nano Lett. 2005. 5 (1). 163.

Rong H., Liu Z., Wu Q., Lee Y.-H. Current Applied Physics. 2010. 10. 1231.

Tan S.H., Goak J.C., Hong S.C., Lee N. Carbon. 2008. 46 (2). 245.

Ugarte D., Chatelain A., de Heer W.A. Science. 1996. 274 (5294). 1897.

Sloan J., Wright D.M., Woo H.G. et al. Chem. Comm. 1999. 699.

Dujardin E., Ebbesen T.W., Krishnan A., Treacy M.M.J. Adv. Mater. 1998. 10(8). 611.

Rinzler A.G., Liu J., Dai H. et al. Appl. Phys. A. 1998. 67 (1). 29.

Hu H., Zhao B., Itkis M.E., Haddon R.C. J. Phys. Chem. B. 2003. 107(50). 13838.

Zhao X.L., Ohkohchi M., Inoue S. et al. Diam. Relat. Mater. 2006. 15 (4–8). 1098.

Suzuki T., Suhama K., Zhao X.L. et al. Diam. Relat. Mater. 2007. 16. 1116.

Wang Y.H., Shan H.W., Hauge R.H. et al. J. Phys. Chem. B. 2007. 111(6). 1249.

Wiltshire J.G., Khlobystov A.N., Li L.J. et al. Chem. Phys. Lett. 2004. 386(4 – 6). 239.

Li Y., Zhang X.B., Luo J.H. et al. Nanotechnology. 2004. 15(11). 1645.

Zhang J., Zou H.L., Qing Q. et al. J. Phys. Chem. B. 2003. 107 (16). 3712.

Colomer J.F., Piedigrosso P., Fonseca A., Nagy J.B. Synthetic. Met. 1999. 103(1–3). 2482.

Hernadi K., Siska A., Thien-Nga L. et al. Solid State Ionics. 2001. 141. 203.

Morishita K., Takarada T. Carbon. 1997. 35(7). 977.

Sloan J., Hammer J., Zwiefka-Sibley M., Green M.L.H. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1998. 347.

Hwang K.C. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1995. 173.

Hiura H., Ebbesen T.W., Taginaki K. Adv. Mater. 1995. 7(3). 275.

Гунько Г.С., Больбух Ю.М., Приходько Г.П., Тьортих В.А. Модифікування багатошарових вуглецевих нанотрубок акрилатами // Сб. Химия, физика и технология поверхности. – 2009. – Вып. 15. – С. 343–350.

Bolbukh Yu., Gunko G., Prikhod’ko G. et al. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2010. 1(4). 426.

Chen C.M., Chen M., Leu F.C. et al. Diam. Relat. Mater. 2004. 13(4–8). 1182.

Chen C.M., Chen M., Peng Y.W. et al. Diam. Relat. Mater. 2005. 14. 798.

Chen C.M., Chen M., Peng Y.W. et al. Thin Solid Films. 2006. 498. 202.

Ko C.J., Lee C.Y., Ko F.H. et al. Microelectron. Eng. 2004. . 73–74. 570.

Ko F.H., Lee C.Y., Ko C.J., Ch T.C. Carbon. 2005. 43(4). 727.

Martinez M.T., Callejas M.A., Benito A.M. et al. Chem. Comm. 2002. 9. 1000.

Yuan J.-M., Chen X.-H., Chen X.-H. et al. Carbon. 2008. 46. 1253.

Chattopadhyay D., Galeska I., Papadimitrako-poulos F. Carbon. 2002. 40. 985.

Zhao X., Ohkohchi M., Inoue S. et al. Diamond and Related Materials. 2006. 15. 1098.

Strong K.L., Anderson D.P., Lafdi K., Kuhn J.N. Carbon. 2003. 41. 1477.

Fang H.T., Liu C.G., Liu C. et al. Chem. Mater. 2004. 16(26). 5744.

Ye X.R., Chen L.H., Wang C. et al. J. Phys. Chem. B. 2006. 110(26). 12938.

Sato Y., Ogawa T., Motomiya K. et al. J. Phys. Chem. B. 2001. 105(17). 3387.

Hou P.X., Liu C., Tong Y. et al. J. Mater. Res. 2001. 16(9). 2526.

Li F., Cheng H.M., Xing Y.T. et al. Carbon. 2000. 38(14). 2041.

Montoro L.A., Rosolen J.M. Carbon. 2006. 44(15). 3293.

Wang Y., Gao L., Sun J. et al. Chem. Phys. Lett. 2006. 432. 205.

Liu Y.Q., Gao L., Sun J. et al. Carbon. 2007. 45(10). 1972.

Bandow S., Asaka S., Zhao X., AndoY. Appl. Phys. A. 1998. 67(1). 7123.

Kim Y., Luzzi D.E. J. Phys. Chem. B. 2005. 109. 16636.

Takahashi H., Goto T., Akiyama K. et al. Mater. Sci. Eng. A. 1996. 217. 42.

Saito Y. Carbon. 1995. 33(7). 979.

Nepal D., Kim D.S. , Geckeler K.E. Carbon. 2005. 43(3). 660.

Zhang H., Sun C.H., Li .F et al. J. Phys. Chem. B. 2006. 110(19). 9477.

Martinez M.T., Callejas M.A., Benito A.M. et al. Carbon. 2003. 41. 2247.

Nanotechnologies. Characterization of single-wall carbon nanotubes using thermogravimetric analysis (ISO/TS 11308:2011). International Organization for Standardization. TC 229.

Freiman S., Hooker S., Migler K. Measurement issues in single wall carbon nanotubes (NIST recommended practice guide, Special publication 960-19). Science and Engineering Laboratory and Sivaram Arepalli NASA – DSC, 2008. 78 p.

Itkis M.E., Perea D.E., Jung R. J. Am. Chem. Soc. 2005. 127(10). 3439.

Holzinger M., Hirsch A., Bernier P. et al. Appl. Phys. A. 2000. 70 (5). 599.

Czerw R., Liu J., Carroll D.L. New J. Phys. 2004. 6. 31.

Zhang J., Zhang L., Khabashesku V.N. et al. J. Phys. Chem. C. 2008. 112 (31). 12321.

Yanchuk I.B., Коvаl's'ka E.О., Brichka А.V., Brichka S.Ya. Ukrainian J. Phys. 2009. 54(4). 407.

Kim U.J., Liu X.M., Furtado C.A. et al. Phys. Rev. Lett. 2005. 95 (15). 157402.

Misra A., Tyagi P.K., Rai P. et al. J. Nanosci. Nanotechn. 2007. 7(6). 1820.

Nanotechnologies. Characterization of single-wall carbon nanotubes using thermogravimetric analysis (ISO/TS 10867:2010). International Organization for Standardization. TC 229.

Cao A., Xu C. , Liang J. Chem. Phys. Lett. 2001. 344. 13.

Hayashi S., Hoshi F., Ishikura T. et al. Carbon. 2001. 41 (15). 3047.




Copyright (©) 2012 E. O. Koval'ska, M. T. Kartel, G. P. Prikhod’ko, Yu. I. Sementsov

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.