การสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนรูพรุนที่มีโลหะทรานซิชัน โดยการเติมเกลือโลหะโดยตรงลงในรีโซซินอล/ฟอร์มอลดีไฮด์เจล

Abstract

วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนรองรับโลหะทรานซิชันนิกเกิลและเหล็ก สามารถเตรียมได้จากกระบวนการโซล-เจล ด้วยวิธีการควบแน่นสารผสมระหว่างรีโซซินอล/ฟอร์มอลดีไฮด์ Pluronic F127 และโลหะอะซิเทต ผ่านกระบวนการอบแห้งด้วยลมร้อนและทำการเผาให้เป็นคาร์บอนภายใต้สภาวะก๊าซไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส โดยในระหว่างขั้นตอนการเผา Pluronic F127 ถูกกำจัดออก ส่งผลให้เกิดรูพรุนภายในวัสดุคาร์บอนที่สังเคราะห์ได้ โดยศึกษารูปแบบโครงสร้างของวัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนรองรับโลหะทรานซิชัน และการกระจายตัวของโลหะทรานซิชันบนวัสดุคาร์บอนรูพรุน ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่านและคุณสมบัติของรูพรุนโดยกระบวนการดูดซับ-คายซับแก๊สไนโตรเจน ที่อุณหภูมิ -196 องศาเซลเซียส พบว่าที่อัตราส่วนระหว่างรีโซซินอล/ฟอร์มอลดีไฮด์เท่ากับ 1:1.4 เป็นอัตราส่วนที่เหมาะสมต่อการสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนรูพรุน ซึ่งแสดงพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนเท่ากับ 444 ตารางเมตรต่อกรัม และ 0.46 ลูกบาศก์เมตรต่อกรัม ตามลำดับ มีขนาดรูพรุนเฉลี่ยที่ 3.09 นาโนเมตร โดยวัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนรองรับโลหะนิกเกิลที่สังเคราะห์ได้ มีสมบัติรูพรุนที่ดีกว่าวัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนรองรับโลหะเหล็ก และมีพื้นที่ผิวเท่ากับ 282 ตารางเมตรต่อกรัม เนื่องจากปริมาณของโลหะที่เติมและชนิดของโลหะเป็นตัวควบคุมรูปแบบโครงสร้าง และลักษณะรูพรุนของวัสดุคาร์บอนที่สังเคราะห์ได้ โดยปริมาณของโลหะทรานซิชันที่เติมลงไปเป็นตัวกำหนดความเป็นกรด-ด่างที่สภาวะเริ่มต้น ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาแบบควบแน่นต่างกัน เมื่อศึกษาถึงองค์ประกอบเฟสของวัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนรองรับโลหะทรานซิชันนิกเกิล และเหล็กด้วยเครื่องเอ็กซ์เรย์ ดิฟแฟรกโตมิเตอร์และเครื่องรามาน สเปกโทรสโกปี พบว่านิกเกิลอยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์และโลหะนิกเกิล ซึ่งโลหะนิกเกิลทำให้เกิดโครงสร้างวัสดุคาร์บอนแบบท่อ รวมทั้งยังพบโครสร้างวัสดุคาร์บอนเป็นแบบแผ่นกราฟีนและแคปซูล ในของส่วนเหล็กพบว่าอยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์ ซึ่งพบโครงสร้างของคาร์บอนเป็นแบบหนอนและแบบแคปซูล