Introduzione ai nanomateriali di carbonio

Per molto tempo, le persone sanno solo che esistono tre allotropi del carbonio: diamante, grafite e carbonio amorfo.Tuttavia, negli ultimi tre decenni, dai fullereni a dimensione zero, i nanotubi di carbonio unidimensionali, al grafene bidimensionale sono stati continuamente scoperti, i nuovi nanomateriali di carbonio continuano ad attirare l'attenzione del mondo.I nanomateriali di carbonio possono essere classificati in tre categorie in base al grado di vincolo della nanoscala sulle loro dimensioni spaziali: nanomateriali di carbonio a dimensione zero, unidimensionali e bidimensionali.
I nanomateriali a 0 dimensioni si riferiscono a materiali che si trovano su scala nanometrica nello spazio tridimensionale, come nanoparticelle, ammassi atomici e punti quantici.Di solito sono composti da un piccolo numero di atomi e molecole.Esistono molti nanomateriali di carbonio a dimensione zero, come nerofumo, nanodiamante, nanofullerene C60, particelle nanometalliche rivestite di carbonio.

Appena ilC60è stato scoperto, i chimici hanno iniziato a esplorare la possibilità della loro applicazione al catalizzatore.Attualmente, i fullereni e i loro derivati ​​nel campo dei materiali catalitici includono principalmente i seguenti tre aspetti:

(1) fullereni direttamente come catalizzatore;

(2) fullereni e loro derivati ​​come catalizzatore omogeneo;

(3) Applicazione di Fullereni e loro derivati ​​in catalizzatori eterogenei.
Le particelle di nano-metallo rivestite di carbonio sono un nuovo tipo di composito nano-carbonio-metallo a dimensione zero.A causa della limitazione del guscio di carbonio e dell'effetto protettivo, le particelle metalliche possono essere confinate in un piccolo spazio e le nanoparticelle metalliche ivi rivestite possono esistere stabilmente sotto l'influenza dell'ambiente esterno.Questo nuovo tipo di nanomateriali carbonio-metallo a dimensione zero ha proprietà optoelettroniche uniche e ha una gamma molto ampia di applicazioni in materiali medici, di registrazione magnetica, materiali di schermatura elettromagnetica, materiali per elettrodi di batterie al litio e materiali catalitici.

I nanomateriali di carbonio unidimensionali significano che gli elettroni si muovono liberamente in una sola direzione non su scala nanometrica e il movimento è lineare.Tipici rappresentanti di materiali di carbonio unidimensionali sono i nanotubi di carbonio, le nanofibre di carbonio e simili.La differenza tra i due può essere basata sul diametro del materiale da distinguere, può anche essere basata sul grado di grafitizzazione del materiale da definire.Secondo il diametro del materiale significa che: il diametro D inferiore a 50 nm, la struttura cava interna è solitamente indicata come nanotubi di carbonio e il diametro nell'intervallo di 50-200 nm, principalmente dal foglio di grafite multistrato arricciato, con no ovvio Le strutture cave sono spesso indicate come nanofibre di carbonio.

Secondo il grado di grafitizzazione del materiale, la definizione si riferisce alla grafitizzazione è migliore, l'orientamento delgrafiteil foglio orientato parallelamente all'asse del tubo è chiamato nanotubi di carbonio, mentre il grado di grafitizzazione è basso o nessuna struttura di grafitizzazione, la disposizione dei fogli di grafite è disorganizzata, il materiale con struttura cava nel mezzo e persino ilnanotubi di carbonio a parete multiplasono tutti divisi in nanofibre di carbonio.Naturalmente, la distinzione tra nanotubi di carbonio e nanofibre di carbonio non è evidente in vari documenti.

A nostro avviso, indipendentemente dal grado di grafitizzazione dei nanomateriali di carbonio, distinguiamo tra nanotubi di carbonio e nanofibre di carbonio in base alla presenza o assenza di una struttura cava.Cioè, i nanomateriali di carbonio unidimensionali che definiscono una struttura cava sono nanotubi di carbonio che non hanno una struttura cava O la struttura cava non è ovvia nanomateriali di carbonio unidimensionali nanofibre di carbonio.
Nanomateriali di carbonio bidimensionali: il grafene è un rappresentante dei nanomateriali di carbonio bidimensionali.I materiali funzionali bidimensionali rappresentati dal grafene sono stati molto caldi negli ultimi anni.Questo materiale stellare mostra incredibili proprietà uniche in meccanica, elettricità, calore e magnetismo.Strutturalmente, il grafene è l'unità di base che costituisce altri materiali di carbonio: si deforma fino a fullereni a dimensione zero, si arriccia in nanotubi di carbonio unidimensionali e si impila in grafite tridimensionale.
In sintesi, i nanomateriali di carbonio sono sempre stati un tema caldo nella ricerca sulle nanoscienze e sulla tecnologia e hanno compiuto importanti progressi nella ricerca.Grazie alla loro struttura unica e alle eccellenti proprietà fisiche e chimiche, i nanomateriali di carbonio sono ampiamente utilizzati nei materiali delle batterie agli ioni di litio, nei materiali optoelettronici, nei portatori di catalizzatori, nei sensori chimici e biologici, nei materiali di stoccaggio dell'idrogeno e nei materiali per supercondensatori e altri aspetti di preoccupazione.

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