Неорганическая нанотрубка

Нанотрубка на основе оксида ванадия, полученная гидротермальной обработкой кристаллического оксида ванадия с гексадециламином-1, использованным в качестве молекулярного темплата.

Первые неуглеродные нанотрубки на основе WS₂ были получены в 1992 году. В настоящее время синтезированы нанотрубки на основе оксидов и сульфидов d-элементов (WS₂, MoS₂, TiO₂ , VO_x , CuO, Al₂O₃, SiO₂ и т. д.), а также нитридов (BN).

Неуглеродные нанотрубки могут быть получены с использованием темплатного метода, осаждения из газовой фазы, а также в результате гидротермальной обработки и т. д.

С использованием внешнего темплата (см. рис.) на основе мезопористого оксида алюминия, поликарбонатных мембран и др. могут быть получены тубулярные структуры различного состава, однако стенка таких нанотрубок не монокристаллична.

С использованием гидротермальной обработки могут быть получены многостенные оксидные и сульфидные нанотрубки, модель образования которых можно представить схемой 3D → 2D → 1D. Например, трёхмерный кристалл TiO₂, реагируя с раствором щёлочи, образует ламинарную двумерную структуру (2D), которая изгибается, чтобы совместить ненасыщенные связи краевых атомов. При дальнейшем закручивании образуется структура в форме свитка или трубки, образованная вставленными друг в друга концентрическими цилиндрами (форма «матрёшки»). Обычно продукт представляет собой смесь обеих форм нанотубуленов.

В отличие от углеродных нанотрубок, концы нанотубуленов всегда открыты, что обусловлено механизмом их образования.

Образование нанотубулярных структур может наблюдаться также при анодном окислении (см. анодирование) ряда металлов в присутствии реагентов, способных к селективному растворению оксидной плёнки. После быстрого первоначального образования оксидного слоя на поверхности металла процессы образования оксида и его растворения (травления) начитают протекать с сопоставимой скоростью. При этом наиболее интенсивное травление происходит вблизи дефектов и неоднородностей оксидной плёнки; скорость травления оксида на острие образующейся поры также значительно выше, чем в её устье, что и приводит в результате к образованию системы цилиндрических пор, пронизываающих в ряде случаев оксидную плёнку на всю её толщину.

Неуглеродные нанотрубки в зависимости от их морфологии, удельной поверхности и особенностей кристаллического и электронного строения материала могут использоваться в катализе, в качестве чувствительных элементов сенсорных устройств и в качестве электродных материалов новых химических источников тока.

• Tenne R., Margulis L., Genut M., Hodes G. Polyhedral and cylindrical structures of tungsten disulphide // Nature. 1992. V. 360. P. 444.
• Ogihara H., Sadakane M., Nodasaka Y., Ueda W. Shape-Controlled Synthesis of ZrO2, Al2O3, and SiO2 Nanotubes Using Carbon Nanofibers as Templates // Chem. Mater. 2006. V. 18, № 21. P. 4981.
• Нанотехнологии. Азбука для всех / Под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Физматлит, 2008. — 368 с.
• Григорьева А. В., Аникина А. В., Тарасов А. Б. и др. Микроморфология и структура нанотрубок на основе оксида ванадия (V) // Докл. РАН. Химия. 2006. Т. 410, № 4. С. 482.
• Tenne R. Inorganic Nanotube Materials // Encyclopedia of Materials: Science and Technology. — Elsevier Science Ltd, 2000. —www.elsevier.com/homepage/sai/emsatinfo/site/Emsat_re/site/PDFsamples/emr509020.pdf
• Grigorieva A. V., Goodilin E. A., Anikina A. V. et al. Surfactants in the formation of vanadium oxide nanotubes // Mendeleev Communications. 2008. V. 18, № 2. P. 72.