基于废弃蛋壳衍生的Co/CaO催化剂参数化调控单壁碳纳米管可持续生长机制研究

本研究针对蛋壳源CaO负载钴催化剂在单壁碳纳米管合成中纳米颗粒分散稳定性难题，通过钙化-水合-脱水（C–H–D）表面工程策略，成功构建富含O2?位点的Co/E-CaO-H催化剂体系。研究团队通过参数化优化实现2–3 nm钴纳米颗粒精准调控，获得D/G比低至0.06的高质量SWCNTs，碳产率达7.1wt% C/g Co，为绿色纳米材料合成提供新范式。

　　

本研究提出了一种利用废弃蛋壳衍生的Co/CaO催化剂可持续合成单壁碳纳米管（SWCNTs）的创新策略。通过水合-脱水表面工程技术，成功增强了钴纳米颗粒在催化剂表面的稳定化作用，其机制涉及纳米颗粒与O^2?位点的特异性相互作用。研究团队系统优化了催化剂制备参数（400°C煅烧温度）与化学气相沉积（CVD）工艺条件（550°C还原温度与800°C生长温度），实现了2–3 nm尺度钴纳米颗粒的精准调控，该尺寸被证实是SWCNTs成核生长的关键因素。

通过拉曼光谱（Raman spectroscopy）分析显示，所制备的SWCNTs具有极低的缺陷密度（D/G比低至0.06）和显著的径向呼吸模（RBM）特征峰。在1 wt%钴负载量条件下，Co/E-CaO-H催化剂实现了7.1wt% C/g Co的碳产率，同时有效抑制了纳米颗粒团聚及碳结构缺陷的形成。结合密度泛函理论（DFT）计算与催化剂表征技术，研究揭示了经处理的E-CaO-H载体表面具有高化学反应活性，其丰富的O^2?位点可有效稳定Co₃O₄前驱体。部分还原后形成的细小钴纳米颗粒可作为高效的SWCNTs成核中心。该研究不仅证实蛋壳衍生CaO是一种经济环保的催化剂载体，更为绿色纳米技术领域的材料合成提供了有价值的理论与实践依据。

关于利益冲突，作者声明不存在任何利益竞争关系。