Parametric Investigation of Single‐Walled Carbon Nanotube Growth on Co/CaO Catalysts Derived from Waste Eggshells

催化作用 材料科学 碳纳米管 化学工程 煅烧 色散(光学) 成核 碳纤维 拉曼光谱 产量(工程) 催化剂载体 碳纳米管负载催化剂 纳米颗粒 纳米技术 过渡金属 表征(材料科学) 多孔性 多相催化 纳米材料基催化剂 纳米管 化学稳定性 纳米材料 比表面积
作者
Youdan Zhang,Yuantong Zhang,Xinyu Zhou,Wen Xu,Qiang Chen,Hong Wang
出处
期刊:ChemistrySelect [Wiley]
卷期号:10 (35)
标识
DOI:10.1002/slct.202502782
摘要

Abstract The use of eggshell‐derived CaO as a sustainable catalyst support for single‐walled carbon nanotube (SWCNT) synthesis offers environmental and economic benefits. However, controlling Co nanoparticle dispersion and stability on CaO support remains a challenge. This study explored the synthesis of SWCNTs on Co/E‐CaO‐H catalysts obtained by calcination–hydration–dehydration (C–H–D) treatment of eggshells. Optimized conditions, including catalyst calcination temperature of 400 °C, catalyst reduction temperature of 550 °C, and SWCNT growth temperature of 800 °C, enabled the formation of well‐dispersed 2–3 nm Co nanoparticles, critical for SWCNT growth. Raman spectroscopy confirmed the successful synthesis of SWCNTs with low D/G ratios (down to 0.06) and strong radial breathing mode (RBM) peaks. With 1 wt% Co loading on Co/E‐CaO‐H, the catalyst produced a carbon yield of 7.1wt% C/g Co, while minimizing aggregation and defects. DFT calculations and catalyst characterization revealed that E‐CaO‐H support provides a chemically reactive surface with abundant O 2− sites, which facilitate the stabilization of Co 3 O 4 . The partial reduction of well‐dispersed Co 3 O 4 produced small Co nanoparticles, effectively serving as nucleation sites for SWCNT growth. This study demonstrates eggshell‐derived CaO as an effective, eco‐friendly catalyst support, offering a sustainable approach for SWCNT synthesis.
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