A decomposição de hidrocarbonetos de gás natural usando plasma térmico produzido por descarga de arco é um caminho promissor para a produção em larga escala de hidrogênio em combinação com nanotubos de carbono (CNTs) de alto valor. Metal(is) evaporando de um eletrodo e condensando para formar nanopartículas sementes que nucleam e crescem CNTs. No entanto, a falta de compreensão dos mecanismos subjacentes à nucleação e crescimento de CNTs em nanocatalisadores metálicos nesse processo dificulta o controle do diâmetro, quiralidade, comprimento e rendimento dos CNTs. Nós desagregamos e separamos CNTs de fuligens produzidas usando nanocatalisadores de ferro (Fe) e distribuímos os CNTs em um suporte de grafeno em monocamada para imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) a fim de obter insights mecanísticos sobre como os nanocatalisadores de Fe nuclearam e cresceram CNTs em um plasma térmico. A encapsulação completa de grafeno foi encontrada para nanopartículas de Fe relativamente pequenas que estavam fundidas a altas temperaturas. CNTs de parede simples (SWCNTs) em zig-zag ou CNTs de parede dupla (DWCNTs) em zig-zag pareceram ter crescido diretamente a partir da cobertura de grafeno nos corpos cônicos ou cilíndricos de pequenas gotículas de Fe fundidas com alta curvatura. Além disso, cones de carbono de parede simples (SWCNCs) foram observados em nanopartículas cônicas de Fe, mas provavelmente foram atacados por átomos de H ou O no reator causando o crescimento de um SWCNT mais estável. Imagens de TEM indicaram que um SWCNT ou DWCNT também poderia ser gerado a partir da abertura crackeada da cobertura de grafeno em uma nanopartícula de Fe de estrutura cúbica de face centrada (FCC). Um caminho simples e plausível é proposto para o crescimento de um SWCNT aberto, passivado por H, em zig-zag envolvendo a reação de radicais CH2 e CH a altas temperaturas.
Gu et al. (Ter,) estudaram esta questão.