En route to controlled catalytic CVD synthesis of densely packed and vertically aligned nitrogen-doped carbon nanotube arrays

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 5, Issue 1, 2014, Pages 219-233

  Boncel, Slawomir ^a   Pattinson, Sebastian W ^b   Geiser, Valérie ^b   Shaffer, Milo S P ^c   Koziol, Krzysztof K K ^b  

^a SILESIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Poland)

^b UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^c IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

Author keywords

Carbon nanotubes; Catalytic chemical vapour deposition; Crystallinity; Nitrogen doping; Vertically aligned nanotube arrays

Indexed keywords

CARBON NANOTUBES; CATALYSTS; FEEDSTOCKS; MORPHOLOGY; MULTIWALLED CARBON NANOTUBES (MWCN); NITROGEN; OPTIMIZATION; ORGANOMETALLICS; QUARTZ; VAPORS;

CATALYST PRECURSORS; CATALYTIC CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION; CRYSTALLINITIES; CRYSTALLOGRAPHIC ORDERING; DENSE NANOTUBE ARRAYS; NITROGEN-DOPED CARBON NANOTUBES; NITROGEN-DOPING; VERTICALLY ALIGNED NANOTUBE ARRAYS;

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION;

EID: 84899106425     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.5.24     Document Type: Article

References (73)

1. Wiltshire, J. G.; Li, L.-J.; Herz, L. M.; Nicholas, R. J.; Glerup, M.; Sauvajol, J.-L.; Khlobystov, A. N. Phys. Rev. B 2005, 72, 205431. doi:10.1103/PhysRevB.72.205431.
2. Yokomichi, H.; Matoba, M.; Fukuhara, T.; Sakima, H.; Sakai, F.; Maezawa, K. Phys. Status Solidi B 1998, 207, R1-R2. doi:10.1002/(SICI)1521-3951(199805)207:13.0. CO;2-D.
3. Ewels, C. P.; Glerup, M. J. Nanosci. Nanotechnol. 2005, 5, 1345-1363. doi:10.1166/jnn.2005.304.
4. Koós, A. A.; Dillon, F.; Obraztsova, E. A.; Crossley, A.; Grobert, N. Carbon 2010, 48, 3033-3041. doi:10.1016/j.carbon.2010.04.026.
5. Cruz-Silva, E.; Cullen, D. A.; Gu, L.; Romo-Herrera, J.; Muñoz-Sandoval, E.; López-Urías, F.; Sumpter, B. G.; Meunier, V.; Charlier, J.-C.; Smith, D. J.; Terrones, H.; Terrones, M. ACS Nano 2008, 2, 441-448. doi:10.1021/nn700330w.
6. Dekker, C. Phys. Today 1999, 52, 22-28. doi:10.1063/1.882658.
7. Krstic, V.; Rikken, G. L. J. A.; Bernier, P.; Roth, S.; Glerup, M. EPL 2007, 77, 37001. doi:10.1209/0295-5075/77/37001.
8. van Dommele, S.; Romero-Izquirdo, A.; Brydson, R.; de Jong, K. P.; Bitter, J. H. Carbon 2008, 46, 138-148. doi:10.1016/j.carbon.2007.10.034.
9. van Dommele, S.; de Jong, K. P.; Bitter, J. H. Chem. Commun. 2006, 4859-4861. doi:10.1039/b610208e.
10. Tang, C.; Golberg, D.; Bando, Y.; Xu, F.; Liu, B. Chem. Commun. 2003, 3050-3051. doi:10.1039/b311807j.
11. Choi, Y.-M.; Lee, D.-S.; Czerw, R.; Chiu, P.-W.; Grobert, N.; Terrones, M.; Reyes-Reyes, M.; Terrones, H.; Charlier, J.-C.; Ajayan, P. M.; Roth, S.; Carroll, D. L.; Park, Y.-W. arXiv:cond-mat/0204249 [cond-mat] 2002.
12. Srivastava, S. K.; Vankar, V. D.; Sridhar Rao, D. V.; Kumar, V. Thin Solid Films 2006, 515, 1851-1856. doi:10.1016/j.tsf.2006.07.016.
13. Zamudio, A.; Elías, A. L.; Rodríguez-Manzo, J. A.; López-Urías, F.; Rodríguez-Gattorno, G.; Lupo, F.; Rühle, M.; Smith, D. J.; Terrones, H.; Díaz, D.; Terrones, M. Small 2005, 2, 346-350. doi:10.1002/smll.200500348.
14. Jiang, K.; Eitan, A.; Schadler, L. S.; Ajayan, P. M.; Siegel, R. W.; Grobert, N.; Mayne, M.; Reyes-Reyes, M.; Terrones, H.; Terrones, M. Nano Lett. 2003, 3, 275-277. doi:10.1021/nl025914t.
15. Huang, M.-C.; Teng, H. Carbon 2003, 41, 951-957. doi:10.1016/S0008-6223(02)00436-0.
16. Hughes, M.; Shaffer, M. S. P.; Renouf, A. C.; Singh, C.; Chen, G. Z.; Fray, J.; Windle, A. H. Adv. Mater. 2002, 14, 382-385. doi:10.1002/1521-4095(20020304)14:5<382::AID-ADMA382>3.0.CO;2-Y.
17. Lee, K. S.; Lee, W. J.; Park, N.-G.; Kim, S. O.; Park, J. H. Chem. Commun. 2011, 47, 4264-4266. doi:10.1039/c1cc10471c.
18. Boncel, S.; Koziol, K. K. K.; Walczak, K. Z.; Windle, A. H.; Shaffer, M. S. P. Mater. Lett. 2011, 65, 2299-2303. doi:10.1016/j.matlet.2011.04.065.
19. Koziol, K. K. K.; Boncel, S.; Shaffer, M. S. P.; Windle, A. H. Compos. Sci. Technol. 2011, 71, 1606-1611. doi:10.1016/j.compscitech.2011.07.007.
20. Boncel, S.; Walczak, K. Z.; Koziol, K. K. K. Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, 311-317. doi:10.3762/bjnano.2.36.
21. Srivastava, A.; Srivastava, O. N.; Talapatra, S.; Vajtai, R.; Ajayan, P. M. Nat. Mater. 2004, 3, 610-614. doi:10.1038/nmat1192.
22. Tang, Y.; Allen, B. L.; Kauffman, D. R.; Star, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13200-13201. doi:10.1021/ja904595t.
23. Gong, K.; Du, F.; Xia, Z.; Durstock, M.; Dai, L. Science 2009, 323, 760-764. doi:10.1126/science.1168049.
24. Tsierkezos, N. G.; Othman, S. H.; Ritter, U. Ionics 2013, 19, 1897-1905. doi:10.1007/s11581-013-0930-1.
25. Yamamoto, K.; Kamimura, T.; Matsumoto, K. Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44, 1611-1614. doi:10.1143/JJAP.44.1611.
26. Misra, A.; Tyagi, P. K.; Singh, M. K.; Misra, D. S. Diamond Relat. Mater. 2006, 15, 385-388. doi:10.1016/j.diamond.2005.08.013.
27. Glerup, M.; Steinmetz, J.; Samaille, D.; Stephan, O.; Enouz, S.; Loiseau, A.; Roth, S.; Bernier, P. Chem. Phys. Lett. 2004, 387, 193-197. doi:10.1016/j.cplett.2004.02.005.
28. Droppa, R., Jr.; Hammer, P.; Carvalho, A. C. M.; dos Santos, M. C.; Alvarez, F. J. Non-Cryst. Solids 2002, 299-302, 874-879. doi:10.1016/S0022-3093(01)01114-0.
29. Cui, S.; Scharff, P.; Siegmund, C.; Schneider, D.; Risch, K.; Klötzer, S.; Spiess, L.; Romanus, H.; Schawohl, J. Carbon 2004, 42, 931-939. doi:10.1016/j.carbon.2003.12.060.
30. Blank, V. D.; Polyakov, E. V.; Batov, D. V.; Kulnitskiy, B. A.; Bangert, U.; Gutiérrez-Sosa, A.; Harvey, A. J.; Seepujak, A. Diamond Relat. Mater. 2003, 12, 864-869. doi:10.1016/S0925-9635(02)00378-3.
31. Lim, S. H.; Elim, H. I.; Gao, X. Y.; Wee, A. T. S.; Ji, W.; Lee, J. Y.; Lin, J. Phys. Rev. B 2006, 73, 045402. doi:10.1103/PhysRevB.73.045402.
32. Yan, H.; Li, Q.; Zhang, J.; Liu, Z. Chem. Phys. Lett. 2003, 380, 347-351. doi:10.1016/j.cplett.2003.09.031.
33. Liang, E. J.; Ding, P.; Zhang, H. R.; Guo, X. Y.; Du, Z. L. Diamond Relat. Mater. 2004, 13, 69-73. doi:10.1016/j.diamond.2003.08.025.
34. Wang, X.; Liu, Y.; Zhu, D.; Zhang, L.; Ma, H.; Yao, N.; Zhang, B. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2186-2190. doi:10.1021/jp013007r.
35. Lee, C. J.; Lyu, S. C.; Kim, H.-W.; Lee, J. H.; Cho, K. I. Chem. Phys. Lett. 2002, 359, 115-120. doi:10.1016/S0009-2614(02)00655-3.
36. Kudashov, A. G.; Okotrub, A. V.; Yudanov, N. F.; Romanenko, A. I.; Bulusheva, L. G.; Abrosimov, O. G.; Chuvilin, A. L.; Pazhetov, E. M.; Boronin, A. I. Phys. Solid State 2002, 44, 652-655. doi:10.1134/1.1470550.
37. Glerup, M.; Castignolles, M.; Holzinger, M.; Hug, G.; Loiseau, A.; Bernier, P. Chem. Commun. 2003, 2542-2543. doi:10.1039/b303793b.
38. Xu, W.; Kyotani, T.; Pradhan, B. K.; Nakajima, T.; Tomita, A. Adv. Mater. 2003, 15, 1087-1090. doi:10.1002/adma.200304752.
39. Jang, J. W.; Lee, C. E.; Lyu, S. C.; Lee, T. J.; Lee, C. J. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 2877-2879. doi:10.1063/1.1697624.
40. Lee, Y. T.; Kim, N. S.; Bae, S. Y.; Park, J.; Yu, S.-C.; Ryu, H.; Lee, H. J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12958-12963. doi:10.1021/jp0274536.
41. Hawelek, L.; Brodka, A.; Dore, J. C.; Honkimäki, V.; Kyotani, T.; Yang, Q. H.; Burian, A. Acta Phys. Pol., A 2010, 117, 302-306.
42. Liu, J.; Czerw, R.; Carroll, D. L. J. Mater. Res. 2005, 20, 538-543. doi:10.1557/JMR.2005.0069.
43. Kurt, R.; Bonard, J. M.; Karimi, A. Thin Solid Films 2001, 398-399, 193-198. doi:10.1016/S0040-6090(01)01462-6.
44. Ma, X.; Xu, G.; Wang, E. Sci. China, Ser. E: Technol. Sci. 2000, 43, 71-76. doi:10.1007/BF02917139.
45. Min, Y.-S.; Bae, E. J.; Asanov, I. P.; Kim, U. J.; Park, W. Nanotechnology 2007, 18, 285601. doi:10.1088/0957-4484/18/28/285601.
46. Cao, L. M.; Zhang, X. Y.; Gao, C. X.; Wang, W. K.; Zhang, Z. L.; Zhang, Z. Nanotechnology 2003, 14, 931-934. doi:10.1088/0957-4484/14/8/316.
47. Morant, C.; Andrey, J.; Prieto, P.; Mendiola, D.; Sanz, J. M.; Elizalde, E. Phys. Stat. Sol. (a) 2006, 203, 1069-1075. doi:10.1002/pssa.200566110.
48. Koziol, K.; Shaffer, M.; Windle, A. Adv. Mater. 2005, 17, 760-763. doi:10.1002/adma.200401791.
49. Koziol, K. K. K.; Ducati, C.; Windle, A. H. Chem. Mater. 2010, 22, 4904-4911. doi:10.1021/cm100916m.
50. Pattinson, S. W.; Diaz, R. E.; Stelmashenko, N. A.; Windle, A. H.; Ducati, C.; Stach, E. A.; Koziol, K. K. K. Chem. Mater. 2013, 25, 2921-2923. doi:10.1021/cm401216q.
51. Pattinson, S. W.; Ranganathan, V.; Murakami, H. K.; Koziol, K. K. K.; Windle, A. H. ACS Nano 2012, 6, 7723-7730. doi:10.1021/nn301517g.
52. Hore, N. R.; Russell, D. K. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 1998, 269-275. doi:10.1039/a706731c.
53. Kiefer, J. H.; Zhang, Q.; Kern, R. D.; Yao, J.; Jursic, B. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7061-7073. doi:10.1021/jp970211z.
54. Doughty, A.; Mackie, J. C.; Palmer, J. M. In Twenty-Fifth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 1994; pp 893-900.
55. Kiefer, J. H.; Zhang, Q.; Kern, R. D.; Chen, H.; Yao, J.; Jursic, B. In Twenty-Sixth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 1996; pp 651-658.
56. Crow, W. D.; Wentrup, C. Tetrahedron Lett. 1968, 9, 3115-3118. doi:10.1016/S0040-4039(00)89566-0.
57. Nevidomskyy, A. H.; Csányi, G.; Payne, M. C. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 105502. doi:10.1103/PhysRevLett.91.105502.
58. Nessim, G. D.; Hart, A. J.; Kim, J. S.; Acquaviva, D.; Oh, J.; Morgan, C. D.; Seita, M.; Leib, J. S.; Thompson, C. V. Nano Lett. 2008, 8, 3587-3593. doi:10.1021/nl801437c.
59. Zhong, G.; Warner, J. H.; Fouquet, M.; Robertson, A. W.; Chen, B.; Robertson, J. ACS Nano 2012, 6, 2893-2903. doi:10.1021/nn203035x.
60. Sinnott, S. B.; Andrews, R.; Qian, D.; Rao, A. M.; Mao, Z.; Dickey, E. C.; Derbyshire, F. Chem. Phys. Lett. 1999, 315, 25-30. doi:10.1016/S0009-2614(99)01216-6.
61. Singh, C.; Shaffer, M. S.; Windle, A. H. Carbon 2003, 41, 359-368. doi:10.1016/S0008-6223(02)00314-7.
62. Hasegawa, K.; Noda, S. Carbon 2011, 49, 4497-4504. doi:10.1016/j.carbon.2011.06.061.
63. Sakurai, S.; Nishino, H.; Futaba, D. N.; Yasuda, S.; Yamada, T.; Maigne, A.; Matsuo, Y.; Nakamura, E.; Yumura, M.; Hata, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2148-2153. doi:10.1021/ja208706c.
64. Börjesson, A.; Bolton, K. ACS Nano 2011, 5, 771-779. doi:10.1021/nn101214v.
65. Wixom, M. R. J. Am. Ceram. Soc. 1990, 73, 1973-1978. doi:10.1111/j.1151-2916.1990.tb05254.x.
66. Kaufman, J. H.; Metin, S.; Saperstein, D. D. Phys. Rev. B 1989, 39, 13053. doi:10.1103/PhysRevB.39.13053.
67. Yap, Y. K.; Kida, S.; Aoyama, T.; Mori, Y.; Sasaki, T. Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 915-917. doi:10.1063/1.122036.
68. Lai, S. H.; Chen, Y. L.; Chan, L. H.; Pan, Y. M.; Liu, X. W.; Shih, H. C. Thin Solid Films 2003, 444, 38-43. doi:10.1016/S0040-6090(03)01091-5.
69. International Centre for Diffraction Data (ICDD®).
70. Terrones, M. Int. Mater. Rev. 2004, 49, 325-377. doi:10.1179/174328004X5655.
71. Zhao, M.; Xia, Y.; Lewis, J. P.; Zhang, R. J. Appl. Phys. 2003, 94, 2398-2402. doi:10.1063/1.1593798.
72. Carrero-Sánchez, J. C.; Elías, A. L.; Mancilla, R.; Arrellín, G.; Terrones, H.; Laclette, J. P.; Terrones, M. Nano Lett. 2006, 6, 1609-1616. doi:10.1021/nl060548p.
73. Boncel, S.; Müller, K. H.; Skepper, J. N.; Walczak, K. Z.; Koziol, K. K. K. Biomaterials 2011, 32, 7677-7686. doi:10.1016/j.biomaterials.2011.06.055.