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Tuning bimetallic catalysts for a selective growth of SWCNTs

Authors :
Salomé Forel
Annick Loiseau
Hakim Amara
Laure Catala
Christophe Bichara
Alice Castan
Vincent Huc
Ileana Florea
Costel Sorin Cojocaru
Talal Mallah
Frédéric Fossard
Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)
Laboratoire d'étude des microstructures [Châtillon] (LEM - ONERA - CNRS)
Université Paris Saclay (COmUE)-ONERA-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de physique du solide (Namur) (LPS)
Facultés Universitaires Notre Dame de la Paix (FUNDP) - Namur
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de recherche de la matière condensée et des nanosciences (CRMCN)
Université de la Méditerranée - Aix-Marseille 2-Université Paul Cézanne - Aix-Marseille 3-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service de Chimie Moléculaire (SCM)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
LEM, UMR 104 CNRS-ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Châtillon]
ONERA-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Saclay (COmUE)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
ANR-13-BS10-0015,SYNAPSE,Synthèse de Nanotubes à Propriétés Spécifiques(2013)
ANR-10-EQPX-0050,TEMPOS,Microscopie electronique en transmission sur le plateau Palaiseau Orsay Saclay(2010)
European Project: 604472,EC:FP7:NMP,FP7-NMP-2013-EU-Japan,IRENA(2013)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nanoscale, Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/C8NR09589B⟩, Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/c8nr09589b⟩, Nanoscale, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/c8nr09589b⟩
Publication Year :
2018

Abstract

Recent advances in structural control during the synthesis of SWCNTs have in common the use of bimetallic nanoparticles as catalysts, despite the fact that their exact role is not fully understood. We therefore analyze the effect of the catalyst' s chemical composition on the structure of the resulting SWCNTs by comparing three bimetallic catalysts (FeRu, CoRu and NiRu). A specific synthesis protocol is designed to impede the catalyst nanoparticle coalescence mechanisms and stabilize their diameter distributions throughout the growth. Owing to the ruthenium component which has a limited carbon solubility, tubes grow in tangential mode and their diameter is close to that of their seeding nanoparticle. By using as-synthesized SWCNTs as a channel material in field effect transistors, we show how the chemical composition of the catalysts and temperature can be used as parameters to tune the diameter distribution and semiconducting-to-metallic ratio of SWCNT samples. Finally, a phenomenological model, based on the dependence of the carbon solubility as a function of catalyst nanoparticle size and nature of the alloying elements, is proposed to interpret the results.<br />10 pages, 6 figures

Details

Language :
English
ISSN :
20403364 and 20403372
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nanoscale, Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/C8NR09589B⟩, Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/c8nr09589b⟩, Nanoscale, 2019, 11 (9), pp.4091-4100. ⟨10.1039/c8nr09589b⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....17dd0dfde2a313d8f87b98083339bd91
Full Text :
https://doi.org/10.1039/C8NR09589B⟩