Skoltech的科学家们已经找到了一种方法来改进最广泛使用的生产单壁碳纳米管薄膜的技术——一种很有前途的材料，用于太阳能电池、led、柔性和透明电子产品、智能纺织品、医学成像、有毒气体探测器、过滤系统等等。通过在反应室中加入氢气和一氧化碳，与使用其他生长促进剂相比，该团队成功地将碳纳米管的产量提高了近三倍，而不影响质量。

　　到目前为止，低产量一直是限制这种制造技术潜力的瓶颈，否则就会以高产品质量而闻名。这项研究发表在《化学工程杂志》上。

　　虽然这不是它们真正的制造方式，但从概念上讲，纳米管是碳的一种形式，其中的原子片呈蜂窝状排列，被称为石墨烯，被无缝地卷成空心圆柱体。

　　它们的长度、直径和所谓的手性(蜂窝状图案是如何“倾斜”的)不同，以及管是单壁的还是周围有其他更宽的管，使其成为“多壁的”。基于上述参数，碳纳米管的性能变化很大。例如，手性控制着它们的导电性。碳纳米管可以制成粉末、薄膜、纤维和其他形式，这取决于它们的用途。

　　由于其卓越的机械、电气、光学和热性能，碳纳米管被用于各种产品和技术，从抗撕裂汽车轮胎和风力涡轮机叶片的复合材料到柔性触摸屏和锂离子电池组件。

　　薄膜形式的单壁碳纳米管的主要应用是电子和光学器件、组件和解决方案，特别是那些旨在柔性、可拉伸、可穿戴和透明的器件。其中包括激光、发光二极管和显示器、太阳能电池、电缆、晶体管、机械、化学和光传感器、气体和液体过滤系统、防静电涂层，甚至药物运载工具。

　　制造单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜的主要技术——实际上是大多数其他形式的碳纳米管——被称为化学气相沉积(CVD)，它包含了几种在同一基本过程上变化的技术。

　　在这些变化中，浮动催化剂(气溶胶)CVD用于薄膜的生产，因为它允许一步获得薄膜。

　　在这种方法中，碳源(生长纳米管的碳原料，如碳氢化合物、一氧化碳、乙醇等)和催化剂前驱体(通常是铁纳米颗粒的前驱体，如二茂铁)的气态流被引入高温反应器。

　　高温将前驱体分解成催化纳米颗粒，碳源分解，碳在其表面沉积，富勒烯半球状帽形成，纳米管生长。在反应器的出口，纳米管被同时过滤，在过滤器表面形成一个“2D”网络——薄的swcnts薄膜。

　　“碳源的选择取决于纳米管所需的特性。碳莫诺克西德提供高质量的产品，适用于光学和电子该研究的合著者之一、斯科尔特理工大学的助理教授德米特里·克拉斯尼科夫说:“这是一种应用，但代价是产量相当适中。”

　　为了解决这个问题，研究人员通常使用生长促进剂——CVD反应器中的附加化合物，以增加纳米管的生长或改善催化剂的活化和/或寿命。通常，这些是硫化合物，弱氧化剂，如二氧化碳或水，或额外的碳源。然而，所有这些选择都有其缺点。

　　“目前的解决方案不能显著提高co基合成的生产率。该论文的主要作者伊利亚·诺维科夫(Ilya Novikov)评论道，他最近在斯科尔特理工学院(Skoltech)为自己的博士论文辩护，致力于纳米管合成。

　　“我们认为氢可能是一种有效的生长促进剂。在以往的研究中发现，将其引入CO大气中，除了Boudouard反应(CO歧化:CO + CO→C + CO2) -CO加氢(CO + H2→C + H2O)外，还会引发一个额外的产碳反应。我们的结论是，这可能也适用于我们的情况。”

　　在深入研究了氢对SWCNT合成收率和纳米管产品性能的影响后，作者发现，在H2浓度为10 vol%的情况下，合成生产率提高了15倍，而纳米管薄膜的结构特性和作为透明导体的性能却没有恶化。

　　斯科尔泰克纳米材料实验室负责人阿尔伯特·纳西布林教授说:“通过光学光谱和电子显微镜方法研究了纳米管生长的机制，并对该过程的热力学进行了详细研究，我们得出结论，一氧化碳氢化确实是造成如此显著效果的原因。”

　　Krasnikov补充说:“此外，为了详细解释它对过程的影响，除了不同的氢浓度外，我们还研究了纳米管合成的不同温度体系。”

　　“出乎意料的是，我们观察到了两种不同的现象:在低温条件下，氢显著提高了催化剂的活性(催化活性的铁颗粒的比例)，从而提高了产量;而在高温条件下，氢促进了纳米管的生长，导致纳米管更长，薄膜的导电性更高。”

　　“因此，我们认为这项研究同时解决了两个重要问题。一方面，合成效率的显著提高大大扩展了co基气溶胶CVD工艺的应用范围，并使该方法接近工业水平的纳米管生产。另一方面，在这项工作中，我们已经设法发现了基于CO歧化的纳米管生长背后的基本机制，这对于更深入地了解纳米管CVD合成非常有用，”Nasibulin总结道。