Химики из МГУ имени М.В.Ломоносова, используя метод рамановской спектроскопии, проследили и визуализировали процессы, происходящие с углеродными нанотрубками, которые подвергались окислению азотной кислотой и последующему нагреву, а также использовались как носитель для кобальтовых катализаторов. Результаты исследования ученые представили в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.
В своей работе ученые использовали рамановскую спектроскопию или, как её называют в русскоязычной литературе, спектроскопию комбинационного рассеяния. Данный метод позволяет проследить и визуализировать процессы, происходящие с углеродным материалом при его химической или физической обработке.
«Как правило, возможности этого метода используются далеко не полностью. Это связано с несколькими трудностями: с трудоёмкостью математической обработки большого количества спектров, с тем, что метод не является количественным и, кроме того, до конца не ясны причины появления некоторых линий в спектрах, из-за чего невозможно сравнивать разные виды углеродных материалов между собой», — комментирует работу первый автор статьи Сергей Черняк, научный сотрудник кафедры физической химии химического факультета МГУ.
В работе химики попытались показать, что, несмотря на все эти недостатки, рамановская спектроскопия способна добавить недостающую часть информации к данным классических методов исследования. Это и было продемонстрировано на примере углеродных нанотрубок, которые в ходе исследования подвергались химической и физической обработке, а именно окислению азотной кислотой и последующему нагреву, также их использовали в качестве носителя для кобальтовых катализаторов.
«Мы окисляли углеродные нанотрубки в течение разного времени и изучали их методом рамановской спектроскопии. Мыслей о таком объёмном исследовании ещё не было, и мы просто рассчитали стандартные параметры, используемые повсеместно. Но в какой-то момент я наткнулся на пример математической обработки и решил применить это в своём случае. После чтения огромного количества литературы и обработки около 70 спектров, статья приобрела конечную форму», — рассказывает Сергей Черняк. Помимо спектроскопии комбинационного рассеяния в работе были использованы методы просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгенофазового анализа, низкотемпературной сорбции азота и термоанализа.
Результаты этой работы уже применяются в исследованиях углеродных нанотрубок, модифицированных атомами азота, графена и других углеродных наноматериалов. Данные, полученные для нанотрубок, использованных в качестве носителей для катализаторов гидрирования СО, позволили лучше понять процессы, которые происходят с системой кобальт — углеродные нанотрубки на стадиях синтеза, активации и испытаний катализаторов.
Работа выполнена при участии исследователей из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Наньянского технологического университета (Сингапур).