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DE102005032072A1 - Kohlenstoff-Nanopartikel, deren Herstellung und deren Verwendung - Google Patents

Kohlenstoff-Nanopartikel, deren Herstellung und deren Verwendung Download PDF

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DE102005032072A1
DE102005032072A1 DE102005032072A DE102005032072A DE102005032072A1 DE 102005032072 A1 DE102005032072 A1 DE 102005032072A1 DE 102005032072 A DE102005032072 A DE 102005032072A DE 102005032072 A DE102005032072 A DE 102005032072A DE 102005032072 A1 DE102005032072 A1 DE 102005032072A1
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DE
Germany
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carbon nanoparticles
carbon
nanoparticles according
tubes
fibers
Prior art date
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Application number
DE102005032072A
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English (en)
Inventor
Peter Dr. Axmann
Margret Dr. Wohlfahrt-Mehrens
Ulrich Storr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Future Carbon GmbH
Original Assignee
Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Future Carbon GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2006/006680 priority patent/WO2007006511A2/de
Priority to KR1020087003219A priority patent/KR20080048457A/ko
Priority to JP2008519869A priority patent/JP2009500281A/ja
Priority to EP06762488A priority patent/EP1901995A2/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft Kohlenstoff-Nanopartikel aus Fasern bzw. Röhrchen oder Kombinationen hiervon, welche morphologisch in Form makroskopischer, voneinander abgegrenzter sphärischer und/oder sphäroider Sekundäragglomerate vorliegen. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoff-Nanopartikel durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung nanoporöser Katalysatorteilchen mit sphärischer und/oder sphäroider Sekundärstruktur, welche als katalytisch aktive Komponenten nanopartikuläre Metalle und/oder Metalloxide oder deren Vorläufer enthalten. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Nanopartikel können verwendet werden als Adsorbentien, Additive oder Aktivmaterialien in Energiespeichersystemen, in Superkondensatoren, als Filtermedien, als Katalysatoren oder Träger für Katalysatoren, als Sensoren oder als Substrat für Sensoren, als Additive für Polymere, Keramiken, Metalle und Metalllegierungen, Gläser, Textilien und Verbundwerkstoffe.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Kohlenstoff-Nanopartikel aus Fasern bzw. Röhrchen, welche morphologisch in Form voneinander abgegrenzter sphärischer und/oder sphäroider Sekundäragglomerate vorliegen, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei festen Stoffen mit nanoskopischen Partikelgrößen spricht man von sogenannten Nanomaterialien. Im Vergleich zu mikroskopischen Partikelgrößen können hierbei sprunghafte Eigenschaftsänderungen oder sogar neue Produkteigenschaften auftreten. Nanomaterialien wird ein hohes technisches Anwendungspotential zugeschrieben. Verglichen mit der Vielfalt an neuen nanoskopischen Materialsystemen haben sich jedoch erst wenige Nanomaterialien bereits am Markt etabliert.
  • Gründe sind darin zu sehen, dass auf der gesamten Produktionslinie technische Prozesse auf makroskopische Partikel optimiert sind und nicht oder nur unzureichend bei Nanomaterialien angewandt werden können. Dieses Problem erstreckt sich von der Materialsynthese über die Aufarbeitung, Abtrennung und Stabilisierung der Einzelpartikel bis hin zur Verarbeitung zu technischen Zwischen- oder Fertigprodukten.
  • Auch über toxikologische Effekte nanoskopischer Materialien liegen bisher keine umfassenden Erkenntnisse vor, so dass zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zur Vermeidung der Emission von Nanopartikeln ergriffen werden müssen.
  • Zur Synthese von Kohlenstoff-Nanopartikeln in Form von Röhrchen bzw. Fasern, auch als Kohlenstoffnanotubes oder -fasern bezeichnet, werden im wesentlichen drei Techniken eingesetzt, nämlich Lichtbogen-Entladung, Laser-Ablation und CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • Bei der Lichtbogen-Entladung wird zwischen zwei Kohleelektroden ein Kohlenstoffgas erzeugt, aus dem sich in Gegenwart eines Katalysators oder auch ohne Katalysator Kohlenstoffnanotubes bilden.
  • Bei der Laser-Ablation wird ein Kohlenstoff-Target unter Ar- oder He-Atmosphäre mit Hilfe eines Lasers verdampft. Bei Abkühlung kondensieren die Kohlenstoffeinheiten und bilden Kohlenstoffnanomaterialien.
  • Mit Hilfe der Lichtbogen-Entladung und der Laser-Ablation können zwar Nanotubes guter Qualität hergestellt werden, die sich begrenzt für Forschungsanwendungen eignen, für die industrielle Produktion sind diese Verfahren jedoch nicht geeignet.
  • Bei der CVD-Methode werden eine unter Reaktionsbedingungen gasförmige Kohlenstoffquelle, beispielsweise Methan, Ethen oder CO, sowie ein Katalysator, der üblicherweise aktive Komponenten aus der Reihe der Übergangselemente Fe, Co und Ni enthält, eingesetzt. Bei geeigneten Temperaturen scheiden sich Kohlenstoffnanotubes auf den Katalysatorteilchen ab. Beispielsweise ist es aus Chemical Physics Letters 364 (2002), S. 568-572 bekannt, Kohlenstoffnanotubes durch CVD in einem Wirbelbettreaktor herzustellen. Die Nanotoubes sind hierbei verknäuelt und fallen in loser Pulverform an.
  • Carbon, Vol. 41 (2003), S. 539-547 beschreibt die Herstellung von Kohlenstoffnanotubes durch ein CVD-Verfahren, bei dem Acetylen als Kohlenstoffquelle und ein Eisenkatalysator eingesetzt werden. Auch hier bilden die Kohlenstoffnanotubes Verknäuelungen aus.
  • Bei keinem der oben beschriebenen CVD-Verfahren fallen die Kohlenstoff-Nanopartikel morphologisch in Form deutlich voneinander abgegrenzter Sekundäragglomerate an, sondern bilden nicht eindeutig definierbare Agglomeratstrukturen.
  • Obwohl Kohlenstoff an sich nicht als toxisch einzustufen ist, ist auch bei den Kohlenstoffnanotubes der Sicherheitsaspekt ein wesentlicher Gesichtspunkt. Zum einen ist ein Gefährdungspotential von herkömmlichen Kohlenstoffmaterialien bisher nicht auszuschließen, zum anderen werden bei der Herstellung der Materialien fein verteilte Übergangsmetalle wie Co oder Ni eingesetzt, die sowohl im Katalysator als auch in den Kohlenstoffnanotubes enthalten sind. Es besteht daher ein dringender Bedarf, sowohl die Partikelemissionen bei Kohlenstoff-Nanopartikeln soweit wie möglich zurückzudrängen als auch Kohlenstoff-Nanopartikel vorzusehen, die hinsichtlich ihrer weiteren Verarbeitbarkeit verbessert sind.
    •
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kohlenstoff-Nanopartikel aus Fasern bzw. Röhrchen vorzusehen, bei denen die Emission nanoskopischer Einheiten einschließlich Kohlenstoff-Nanopartikel als auch Metall-Nanopartikel an die Umgebung verringert ist und die hinsichtlich ihrer Abtrennung und Aufarbeitung sowie Weiterverarbeitbarkeit in technisch weiterführenden Prozessen verbessert sind. Ferner soll ein einfaches Verfahren zu deren Herstellung angegeben werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch Kohlenstoff-Nanopartikel gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 11.
  • Bevorzugte bzw. zweckmäßige Ausführungsformen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Mögliche Verwendungen erfindungsgemäßer Kohlenstoff-Nanopartikel sind in den Ansprüchen 14–20 genannt.
  • Gegenstand der Erfindung sind somit Kohlenstoff-Nanopartikel aus Fasern bzw. Röhrchen oder Kombinationen hiervon, welche morphologisch in Form makroskopischer, voneinander abgegrenzter sphärischer und/oder sphäroider Sekundäragglomerate vorliegen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoff-Nanopartikel durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung nanoporöser Katalysatorteilchen mit sphärischer und/oder sphäroider Sekundärstuktur, welche als katalytisch aktive Komponenten nanopartikuläre Metalle und/oder Metalloxide oder deren Vorläufer enthalten.
  • Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel, etwa als Adsorbentien, Additive oder Aktivmaterialien in Energiespeichersystemen, in Superkondensatoren, als Filtermedien, als Träger für Katalysatoren, als Sensoren oder als Substrat für Sensoren oder als Additive für Polymere, Keramiken, Metalle und Metalllegierungen, Gläser, Textilien und Verbundwerkstoffe, wie Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Nanopartikel unterscheiden sich gegenüber herkömmlichen Kohlenstoff-Nanopartikeln darin, dass sie morphologisch in Form makroskopischer, voneinander scharf abgegrenzter sphärischer und/oder sphäroider Sekundäragglomerate vorliegen.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass gemäß der Erfindung scharf abgegrenzte Sekundärteilchen vorgesehen werden können, die aus Kohlenstoffnanofasern und/oder -röhrchen aufgebaut sind. Hierbei wurde herausgefunden, dass die Form der Sekundäragglomerate nahezu vollständig die Partikelform des erfindungsgemäß eingesetzten Katalysators abbildet, wobei im Verhältnis zu den eingesetzten Katalysatorteilchen eine Volumenzunahme zu beobachten ist, die in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen etwa das 350-fache der Ausgangsstruktur überschreiten kann.
  • Durch die scharfe Umgrenzung der Sekundäragglomerate und die Möglichkeit durch Wahl geeigneter Katalysatormorphologien gezielte Formen der Sekundäragglomerate zu erzeugen, sind die erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Nanopartikel im Hinblick auf ihre technische Weiterverarbeitung im Vergleich zum Stand der Technik besser einsetz- und optimierbar.
  • Die Fasern oder Röhrchen der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Nanopartikel weisen typischerweise einen Durchmesser von 1–500 nm, vorzugsweise 10–100 nm, weiter vorzugsweise 10–50 nm auf.
  • Die Größe der Sekundäragglomerate ist durch die Größe der Katalysatorteilchen, die Zusammensetzung des Katalysators sowie die Wahl der Syntheseparameter, wie etwa Kohlenstoffquelle, Konzentrationen, Temperaturen und Reaktionszeit steuerbar. Die Form des Endprodukts wird durch die Katalysator morphologie vorgegeben. Vorzugsweise besitzen die erfindungsgemäßen Sekundäragglomerate einen Durchmesser von 500 nm bis 1000 μm. Die relative Partikelgrößenverteilung bleibt im Endprodukt im Vergleich zur Partikelgrößenverteilung des Katalysators trotz starker Volumenzunahme erhalten.
  • Hinsichtlich des Mechanismus für das Wachstum der Fasern bzw. Röhrchen wird angenommen, dass bei höheren Temperaturen sich der aus gasförmigen Kohlenstoffquellen stammende Kohlenstoff in dem katalytisch aktiven Metall lösen und sich dann in nanoskopischer Form wieder abscheiden kann. Die Sekundäragglomerate enthalten vielfach keinen Kern des Katalysatorpartikels, sondern bestehen vollständig aus ineinander verknäulten Kohlenstoffnanomaterialien.
  • Die erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanofasern können vom Fischgrätentyp als auch vom Blättchen (Platelet)-Typ und Screw-Typ sein. Die Kohlenstoffnanoröhrchen können vom einwandigen oder mehrwandigen Typ oder vom Loop-Typ sein.
  • Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der Umfang Up der Nanopartikel in zweidimensionaler Projektion und der Umfang eines Kreises gleicher Fläche Uk in einem Verhältnis im Bereich von Uk:Up von 1,0 bis 0,65 liegt.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Nanopartikel erfolgt durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung nanoporöser Katalysatorteilchen mit sphärischer und/oder sphäroider Sekundärstuktur, welche als katalytisch aktive Komponenten nanopartikuläre Metalle oder deren Vorläufer enthalten. Diese Katalysatorteilchen können zusätzlich Metalloxide oder deren Vorläufer enthalten, die als Substrat für die eigentlich katalytisch aktiven Metalle dienen. Als Katalysatormetall eignet sich insbesondere Fe, Co, Ni und Mn. Es können sowohl die reinen Metalle als auch Metalloxid/Metallkomposite eingesetzt werden, ebenso wie deren Vorläufer. Als Vorläufer können schwerlösliche Verbindungen, wie Hydroxide, Carbonate oder andere Verbindungen, die in katalytisch wirksame Metalle oder Metall/Träger-Komposite überführt werden können, verwendet werden.
  • Als Kohlenstoffquelle werden die gemäß Stand der Technik eingesetzten kohlenstoffhaltigen Verbindungen eingesetzt, die bei der jeweiligen Reaktionstem peratur gasförmig vorliegen, wie zum Beispiel Methan, Ethen, Acetylen, CO, Ethanol, Methanol, Synthese- und Biogasgemische.
  • Die Bedingungen für das CVD-Verfahren sind dem Fachmann bekannt und entsprechen denjenigen des Standes der Technik.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsformen
  • Die Erfindung wird mit Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele und die beiliegenden Abbildungen näher erläutert. In den Abbildungen zeigen hierbei
  • 1a und 1b REM-Aufnahmen des aktivierten Katalysators aus Beispiel 1
  • 2a, 2b und 2c REM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 1
  • 3a und 3b TEM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 1
  • 4 Größenvergleich der eingesetzten Katalysatorpartikel sowie des Produkts aus Beispiel 1 anhand von REM-Aufnahmen
  • 5a, 5b und 5c REM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 2
  • 6a und 6b TEM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 2
  • 7a und 7b REM-Aufnahmen des in Beispiel 3 eingesetzten Katalysators
  • 8a, 8b, 8c und 8d REM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 3
  • 9a und 9b TEM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 3
  • 10a und 10b REM-Aufnahmen des Katalysators aus Beispiel 4
  • 11a und 11b REM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 4
  • 12a und 12b TEM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 4
  • 13a und 13b REM-Aufnahmen des Katalysators aus Beispiel 5
  • 14a, 14b, 14c und 14d REM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 5
  • 15a und 15b TEM-Aufnahmen des Produkts aus Beispiel 5
  • Beispiel 1: Herstellung von sphärischen Aggregaten aus mehrwandigen Hohlenstoff-Nanotubes über einen Co/Ma-basierten Katalysator
  • Herstellung des Katalysators
  • Der Katalysator wird durch kontinuierliche Vereinigung dreier Eduktlösungen hergestellt.
    • - Lösung I: 3050 ml einer Lösung von 1172,28 g (NH4)2CO3 (stöchiometrisch) in demineralisiertem Wasser
    • - Lösung II: 3130 ml einer Lösung aus 960,4 g Co(NO3)2·6 H2O und 828,3 g Mn(NO3)2·4 H2O
    • - Lösung III: 960 ml einer 10,46 molaren Ammoniak-Lösung
  • Die Einzellösungen werden gleichzeitig mit jeweils konstanter Dosiergeschwindigkeit über einen Zeitraum von 24 h in einen 1 1 Reaktor eindosiert, der eine intensive Durchmischung erlaubt und mit einem Überlauf ausgestattet ist, über den kontinuierlich Produktsuspension ausgetragen wird. Die Fällungsreaktion findet bei 50°C statt. Nach 20 h Vorlauf wird mit der Produktnahme aus dem Überlauf begonnen. Die Suspension hat eine tiefe blau-violette Farbe. Der Feststoff wird auf einer Filternutsche von der Mutterlauge separiert, anschließend sechsmal mit je 100 ml demineralisiertem Wasser gewaschen und dann bei 80°C über 30 h im Trockenofen getrocknet. Man erhält ein pulverförmiges, gut fließfähiges, violettes Vorprodukt mit sphärischer Partikelmorphologie.
  • Aktivierung des Katalysators
  • 2 g des Vorproduktes werden im Korundschiffchen bei einer Temperatur von 550°C für zwei Stunden einem Formiergasstrom von 5% H2/95%N2 ausgesetzt und zu einem schwarzen Pulver umgesetzt, das als Katalysator eingesetzt werden kann. XRD-Spektren des Pulvers zeigen die Reflexmuster von metallischem Cobalt neben MnO. 1a und 1b zeigen REM-Aufnahmen des aktivierten Katalysators in Form sphärischer Partikel.
  • Herstellung von Kohlenstoff-Nanopartikeln
  • 0,2 g des aktivierten Katalysators werden in einem Keramikschiffchen in einen Röhrenofen eingebracht. Nach zehnminütigem Spülen des Ofens mit Helium bei 30 l/h wird bei einer Ofentemperatur von 500–700°C ein Gemisch aus Ethen 10 l/h und Helium 5 l/h kontinuierlich über einen Zeitraum von 5 h über die Probe geleitet.
  • Es wurden 11,2 g eines schwarzen voluminösen Produkts erhalten.
  • REM-Aufnahmen des Produkts sind in 2a, 2b und 2c gezeigt. Die morphologische Ausprägung als scharf abgegrenzte sphärische und/oder sphäroide Sekundärstrukturen bleibt erhalten. REM-Aufnahmen in hoher Vergrößerung zeigen, dass die Kugeln vollständig aus faserförmigen Komponenten aufgebaut sind (2b und 2c). TEM-Aufnahmen (3a und 3b) weisen das Vorliegen von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes nach.
  • 4 zeigt einen Größenvergleich zwischen den eingesetzten Katalysator-Partikeln und dem erhaltenen Kohlenstoff-Nanoprodukt.
  • Beispiel 2: Herstellung von mehrwandigen Hohlenstoff-Nanotube-Aggregaten über einen (Co,Mn)CO3 Katalysator
  • Ein Katalysator gemäß Beispiel 1 wird ohne vorhergehende Aktivierung direkt für die Herstellung von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes eingesetzt. Die Umsetzung zu mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes erfolgt wie in Beispiel 1 ohne vorhergehenden Reduktionsschritt. Das Produkt zeigt eine gleichmäßige Verteilung in der Dicke der Nanoröhrchen, wie an Hand der REM-Aufnahmen in den 5a, 5b und 5c zu sehen.
  • Die TEM-Aufnahmen der 6a und 6b weisen das Vorliegen von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes nach.
  • Beispiel 3: Herstellung von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotube-Aggregaten mit enger Partikelverteilung über einen (Co,Mn)CO3 Katalysator
  • Ein Katalysator gemäß Beispiel 1 wird über Siebung nach Größe klassiert und eine Partikelgrößenfraktion von 20 μm–32 μm ohne vorherige Aktivierung direkt als Katalysator eingesetzt. 7a und 7b zeigen REM-Aufnahmen der eingesetzten Katalysator-Siebfraktion.
  • Die Umsetzung zu mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes erfolgt wie in Beispiel 1.
  • Man erhält sphärische Aggregate aus mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes mit enger Partikelgrößenverteilung. Bei vergleichbaren Umsetzungsbedingungen läßt sich also die Größe der sphärischen Kohlenstoff-Nanotube-Aggregate über die Größe der Katalysatorpartikel einstellen. REM-Aufnahmen des Produkts bei verschiedenen Vergrößerungen sind in 8a, 8b, 8c und 8d gezeigt.
  • Die TEM-Aufnahmen der 9a und 9b bestätigen das Vorliegen von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanotubes.
  • Beispiel 4: Herstellung von sphäroiden Kohlenstoff-Nanofaser-Einheiten vom Typ „Fischgräten" über einen Ni/Mn-basierten Katalysator
  • Herstellung des Katalysators
  • Eduktlösungen:
    • - Lösung I: 2400 ml einer Lösung aus 1195,8 g Mn(NO3)2·4H2O und 1385,4 g Ni(NO3)2·6H2O in demineralisiertem Wasser
    • - Lösung II: 7220 ml einer Lösung aus 1361,4 g Na2CO3 (wasserfrei) in demineralisiertem Wasser
  • Die Synthese erfolgt durch kontinuierliche Vereinigung der Einzellösungen wie unter Beispiel 1 beschrieben . Die Reaktionstemperatur beträgt für diesen Katalysator 40°C. Produktnahme beginnt nach 20 h aus dem Überlauf. Der Feststoff wird auf einer Filternutsche von der Mutterlauge separiert, anschließend sechsmal mit je 100 ml demineralisiertem Wasser gewaschen und dann bei 80°C über 30 h im Trockenofen unter Schutzgas getrocknet. Das Produkt ist pulverförmig und von hellbrauner Farbe. Es verfärbt sich beim Lagern in Gegenwart von Luft dunkel.
  • 10a und 10b zeigen REM-Aufnahmen des Katalysators.
  • Aktivierung des Katalysators und Synthese der Kohlenstoff-Nanofasern vom Fischgräten-Typ
  • Die Aktivierung des Katalysators erfolgt beim Aufheizen zwischen 300°C und 600°C durch Reduktion des Vorprodukts mit H2 über ca. 20 min. (Gasmischung 24 l/h C2H4, 6 l/h H2).
  • Die Synthese findet bei 500–600°C 2 h mit einer Mischung aus 32 l/h C2H4, 81 /h H2 statt.
  • 11a und 11b zeigen REM-Aufnahmen des Produkts. Die morphologische Ausprägung als scharf abgegrenzte sphärische und/oder sphäroide Sekundärstrukturen bleibt erhalten.
  • Die TEM-Aufnahmen der 12a und 12b bestätigen das Vorliegen von Kohlenstoff-Nanofasern mit Fischgräten-Struktur.
  • Beispiel 5: Herstellung von blumenartigen Kohlenstoff-Nanofaser-Einheiten vom Typ „platelet" über einen Fe-basierten Katalysator
  • Herstellung des Katalysators
    • - Lösung I: 3000 ml einer Lösung aus 1084,28 g Fe(II)SO4·7H2O in demineralisiertem Wasser
    • - Lösung II: 6264 ml einer Lösung aus 426,3 g (NH4)2CO3 (stöchiometrisch) in demineralisiertem Wasser.
  • Die Synthese erfolgt durch kontinuierliche Vereinigung der Einzellösungen wie unter Beispiel 1 beschrieben, wobei die Reaktionstemperatur für diesen Katalysator 45°C beträgt. Produktnahme beginnt nach 20 h aus dem Überlauf. Der Feststoff wird auf einer Filternutsche von der Mutterlauge separiert, anschließend sechsmal mit je 100 ml demineralisiertem Wasser gewaschen und dann bei 80°C über 30 h im Trockenofen getrocknet. Alle Schritte werden unter Stickstoff durchgeführt. Das Produkt ist pulverförmig und von hellbrauner Farbe. Es verfärbt sich beim Lagern in Gegenwart von Luft dunkel.
  • 13a und 13b zeigen REM-Aufnahmen der Katalysator-Siebfraktion > 20 μm.
  • Aktivierung des Katalysators und Synthese der platelet-Kohlenstoff-Nanofasern
  • 2 g des Vorproduktes werden im Korundschiffchen bei einer Temperatur von 380°C für zwei Stunden in einem Helium/Wasserstoff-Gemisch (2/3 : 1/3) aktiviert.
  • Die Synthese der Kohlenstoff-Nanofasern erfolgt unter Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Strom (20:8) über einen Zeitraum von vier Stunden. Man erhält ein schwarzes voluminösen Produkt.
  • REM-Aufnahmen des Produkts bei verschiedenen Vergrößerungen sind in den 14a, 14b, 14c und 14d gezeigt. Es entstehen scharf abgegrenzte Sekundäragglomerate in Form blumenartiger Einheiten, deren Außenumfang sphäroid ist.
  • Die TEM-Aufnahmen der 15a und 15b bestätigen das Vorliegen von Kohlenstoff-Nanotubes vom Blättchen (platelet)-Typ.

Claims (20)

  1. Kohlenstoff-Nanopartikel aus Fasern bzw. Röhrchen oder Kombinationen hiervon, welche morphologisch in Form makroskopischer, voneinander abgegrenzter sphärischer und/oder sphäroider Sekundäragglomerate vorliegen.
  2. Kohlenstoff-Nanopartikel nach Anspruch 1, wobei die Fasern oder Röhrchen einen Durchmesser von 1 nm bis 500 nm, vorzugsweise 10 nm bis 100 nm, weiter vorzugsweise 10 nm bis 50 nm, aufweisen.
  3. Kohlenstoff-Nanopartikel nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Sekundäragglomerate einen Durchmesser von 500 nm bis 1000 μm aufweisen.
  4. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Fasern vom Fischgrätentyp sind.
  5. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Fasern vom Screw-Typ sind.
  6. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Fasern vom Blättchen (platelet)-Typ sind.
  7. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Röhrchen vom einwandigen Typ sind.
  8. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Röhrchen vom mehrwandigen Typ sind.
  9. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Röhrchen vom Loop-Typ sind.
  10. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei die Sekundäragglomerate Kombinationen aus Fasern und/oder Röhrchen verschiedener Typen gemäß den Ansprüchen 4–9 umfassen.
  11. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–10, wobei der Umfang Up der Nanopartikel in zweidimensionaler Projektion und der Umfang eines Kreises gleicher Fläche Uk in einem Verhältnis im Bereich von Uk:Up von 1,0 bis 0,65 liegt.
  12. Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–10, erhältlich durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung nanoporöser Katalysatorteilchen mit sphärischer und/oder sphäroider Sekundärstuktur, welche als katalytisch aktive Komponenten nanopartikuläre Metalle und/oder Metalloxide oder deren Vorläufer enthalten.
  13. Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–11 durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung nanoporöser Katalysatorteilchen mit sphärischer und/oder sphäroider Sekundärstuktur, welche als katalytisch aktive Komponenten nanopartikuläre Metalle und/oder Metalloxide oder deren Vorläufer enthalten.
  14. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Adsorbentien.
  15. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Additive oder Aktivmaterialien in Energiespeichersystemen.
  16. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 in Superkondensatoren.
  17. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Filtermedien.
  18. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Katalysatoren oder Träger für Katalysatoren.
  19. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Sensoren oder Substrat für Sensoren.
  20. Verwendung der Kohlenstoff-Nanopartikel nach irgendeinem der Ansprüche 1–12 als Additive für Polymere, Keramiken, Metalle und Metalllegierungen, Gläser, Textilien und Verbundwerkstoffe.
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