تبدیل مستقیم و یک مرحله ای زغال سنگ به نانوساختارهای کربنی با هندسه کروی، میله ای، لوله ای و صفحه ای به روش سنتز شیمیایی فاز جامد

در این مطالعه نانوساختارهای کربنی مختلف (نانوکره ها، نانومیله ها، نانولوله ها و نقاط کوانتوم گرافنی) از کربوناسیون زغال سنگ بیتومنوس (با اندازه ذرات کمتر از 44 میکرون) در فاز جامد تولید شد. از آن جایی که سنتز در فاز جامد انجام گرفته است؛ این روش به نام سنتز شیمیایی کاتالیزوری فاز جامد نامگذاری شده است. در حضور کاتالیزور فروسن در دمای کربوناسیون °C650 و °C800 به ترتیب نانوکره های کربنی (با قطر 60-50 نانومتر) و نانولوله های کربنی (با قطر خارجی 30-20 نانومتر) در زمان کربوناسیون یک ساعت ساخته شد. تغییر نوع کاتالیزور از فروسن به نانوذرات مگنتیت (Fe3O4 با قطر70-50 نانومتر) در دمای °C800 به عنوان دمای رشد نانوساختارهای کربنی، منجر به تولید نانومیله های کربنی (با قطر 80-60 نانومتر) شد. در صورت عدم حضور کاتالیزور، از کربونیزه کردن زغال سنگ در دماهای °C650، °C800 و °C950 نانوساختار رشد یافته ای مشاهده نشد. اما با آماده سازی زغال سنگ در اسید، افزایش دمای کربوناسیون از °C800 به °C950 و افزایش زمان کربوناسیون از 1 ساعت به 5 ساعت نقاط کوانتوم گرافن تولید شد. نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس و طیف سنجی مریی- فرابنفش آنالیز شدند. نتایج نشان می دهد که پیک ماکزیمم طیف مریی- فرابنفش نانوکره های کربنی، نانوساختارهای رشد یافته و نقاط کوانتوم گرافنی به ترتیب: 214، 266 و بالاتر از 300 نانومتر می باشد. قطر نانولوله های کربنی در حد نانوذرات آهن (با قطر 50-20 نانومتر) ناشی از تجزیه فروسن و قطر نانومیله های کربنی در حد قطر نانوذرات مگنتیت (با قطر 80-60 نانومتر) است.