Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
2025 рік Том 23, Випуск 3
Завантажити повну версію статті (PDF) Відкритий доступ

В. В. ГОНЧАРУК1, В. М. ОГЕНКО2, Л. В. ДУБРОВІНА1

1Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А. В. Думанського НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 42, 03142 Київ, Україна
2Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32/34, 03142 Київ, Україна

Вплив магнетного поля на утворення нанорозмірного вуглецю у матрицях з пірогенного діоксиду Силіцію

795–804 (2025)

PACS numbers: 61.05.cp, 68.37.Hk, 81.05.U-, 81.07.De, 81.16.Dn, 82.70.Gg, 83.60.Np

Отримано 27 вересня 2024 р.

Пористі нанокомпозити, що складаються з кремнезему та вуглецю, було одержано методом однореакторної синтези шляхом карбонізації натрій-карбоксиметилцелюлози (КМЦ) у матриці з пірогенного Силіцію діоксиду. Змішували пірогенний кремнезем (пірогенний Силіцію діоксид А-50, розмір частинок ≤ 80 нм, Sпит = 50 м2/г) і водний розчин КМЦ (натрійова сіль карбоксиметилцелюлози Acucell AF 3265). За рахунок процесу самоорганізації (self-assembly) у дисперсії із Силіцію діоксидом і КМЦ формування матриці та розміщення у ній макромолекул полімеру відбувалося одночасно. Крім того, додавали розчин NiCl2 у етанолі як прекаталізатор. Одну частину (зразок SiO2/C/Ni) одержаної дисперсії у закритому вмістищі розташовували на дерев'яному столі, а другу (зразок m/SiO2/C/Ni) — на постійному магнеті та витримували добу. Як контрольний, зразок без додавання розчину NiCl2 синтезували у тих же умовах (SiO2/C). Потім вмістища відкривали та висушували дисперсії до утворення ксероґелю. Ксероґелі карбонізували за 750°C у потоці арґону впродовж 20 хв; швидкість нагріву складала 10 ґрад/хв. Після карбонізації зразки набули чорного кольору. Методом РФА показано, що синтезовані нанокомпозити складаються з SiO2, вуглецю у різних алотропних формах, відновленого до металевого стану ніклю та NaCl. Вивчення структури зразків за допомогою СЕМ показало, що візуально морфології зразків SiO2/C й m/SiO2/C/Ni практично ідентичні, тобто наноструктури вуглецю розташовані по поверхні частинок SiO2. У зразків m/SiO2/C/Ni на присутність відновлених частинок металевого ніклю вказує наявність більш контрастних сферичних частинок розміром менше 100 нм та їхніх скупчень. У зразках SiO2/C/Ni, крім піровуглецю, який утворився на поверхні частинок SiO2, присутні клубки з нанотрубок або волокон вуглецю розміром від 20 нм до 60 нм. На кінцях цих структур знаходяться наночастинки металевого ніклю розміром до 80 нм, що демонструє типове кінчикове каталітичне зростання наноутворень. Усі одержані композити є високопористими матеріялами; їхня позірна густина складає від 0,55 г/см3 до 0,64 г/см3. Проявом молекулярно-ситового ефекту є те, що відкрита пористість (від 73,3% до 55,2%) і вбирання розчинників зразками залежать від розміру молекул розчинника, по яких їх визначали. Найкращий ефект одержано для зразка SiO2/C. Зразки SiO2/C/Ni й m/SiO2/C/Ni, які мають у своєму складі металевий нікель, притягуються до постійного магнету, тобто вони виявляють феромагнетні властивості.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: пористі кремнезем-вуглецеві композити, пірогенний Силіцію діоксид, натрій-карбоксиметилцелюлоза, вуглецеві наноструктури, ніклеві наночастинки, ефект постійного магнетного поля

Цитування:
V. V. Goncharuk, V. M. Ogenko, and L. V. Dubrovina, The Influence of a Magnetic Field on the Formation of Nanosized Carbon in Matrices of Pyrogenic Silica, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 23, No. 3: 795–804 (2025); https://doi.org/10.15407/nnn.23.03.0795
ЛІТЕРАТУРА
  1. Synthesis and Applications of Nanocarbons (Eds. J.-C. Arnault and D. Eder) (John Wiley & Sons, Ltd.: 2021); https://doi.org/10.1002/9781119429418
  2. F. Haque and Md. Z. Rahman, Compr. Mat. Proc., 7: 48 (2024); https://doi.org/10.1016/B978-0-323-96020-5.00275-2
  3. G. Speranza, Nanomaterials, 11, No. 4: 967 (2021); https://doi.org/10.3390/nano11040967
  4. I. K. Tetteh, I. Issahaku, and A. Y. Tetteh, Carbon Trends, 14: 100328 (2024); https://doi.org/10.1016/j.cartre.2024.100328
  5. F. Schüth, Angew. Chem. Int. Edit., 42, No. 31: 3604 (2003); https://doi.org/10.1002/anie.200300593
  6. N. D. Shcherban and V. G. Ilyin, Him. Fiz. Tehnol. Poverhni, 6, No. 1: 97 (2015); https://doi.org/10.15407/hftp06.01.097
  7. L. V. Dubrovina, V. M. Ogenko, O. V. Naboka, V. O. Dymarchuk, Ya. V. Zaulychnyy, and O. Yu. Khyzhun, Inorg. Mat., 44: 697 (2008); https://doi.org/10.1134/S0020168508070054
  8. L. Dubrovina, O. Naboka, V. Ogenko, P. Gatenholm, and P. Enoksson, J. Mater. Sci., 49: 1144 (2014); https://doi.org/10.1007/s10853-013-7793-8
  9. M. Orlyuk, Yu. Kurnikov, V. Drukarenko, and V. Yakuhno, 16th Intern. Conf. 'Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment' (Nov. 15–18, 2022) (Kyiv: EAGE: 2022), vol. 2022, p. 1; https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580187
  10. V. V. Shilov and V. V. Tsukruk, Struktura Polimernykh Zhidkikh Kristallov [Structure of Polymer Liquid Crystals] (Kiev: Naukova Dumka: 1990).
  11. Tsunehisa Kimura, Polym. J., 35, No. 11: 823 (2003); https://doi.org/10.1295/polymj.35.823
  12. V. Goncharuk and L. Dubrovina, Russ. J. Appl. Chem., 93, No. 7: 1019 (2020); https://doi.org/10.1134/S1070427220070113
  13. S. Vshivkov and E. Rusinova, Polymer Rheology (Eds. Jose Luis Rivera Armenta and Beatriz Adriana Salazar Cruz) (IntechOpen: 2018); https://doi.org/10.5772/intechopen.72137; idem, Magnetorheology of Polymer Systems C, 1: 3 (2018); https://www.intechopen.com/chapters/60958
  14. R. Iler, Chemistry of Silica. Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica (New York: John Wiley: 1979).
  15. A. T. Volochko, K. B. Podbolotov, and Ye. M. Dyatlova, Ogneupornyye i Tugoplavkie Keramicheskie Materiali [Refractory and Refractory Ceramic Materials] (Minsk, Belarus: Navuka: 2013).
  16. T. Kyotani, B. Chem. Soc. Jpn., 79, No. 9: 1322 (2006); https://doi.org/10.1246/bcsj.79.1322
  17. G. Che, B. B. Lakshmi, C. R. Martin, E. R. Fisher, and R. S. Ruoff, Chem. Mater., 10, No. 1: 260 (1998); https://doi.org/10.1021/cm970412f
  18. V. V. Chesnokov and R. A. Buyanov, Russ. Chem. Rev., 69, No. 7: 675 (2000); https://doi.org/10.1070/RC2000v069n07ABEH000540
  19. S. Takenaka, S. Kobayashi, H. Ogihara, and K. Otsuka, J. Catal., 217, No. 1: 79 (2003); https://doi.org/10.1016/S0021-9517(02)00185-9
  20. F. A. Gavanini, M. Lopez-Damian, D. Rafieian, K. Svensson, and P. Enoksson, Sensor Actuat. A-Phys., 172, No. 1: 347 (2011); https://doi.org/10.1016/j.sna.2011.04.036
  21. J. Zhu, J. Jia, and F.-L. Kwong, Carbon, 50, No. 7: 2504 (2012); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.01.073
  22. Yu. S. Lipatov, Fiziko-Khimicheskie Osnovy Napolneniya Polimerov [Physico-Chemical Basis of Polymer Filling] (Moskva: Khimiya: 1991).
  23. G. A. Petropavlovskii, Gidrofilnyye Chastichnozameshchyonnyye Ehfiry Tsellyulozy i Ikh Modifikatsiya Putyom Khimicheskogo Sshivaniya [Hydrophilic Partially Substituted Cellulose Ethers and Their Modification by Chemical Crosslinking] (Leningrad: Nauka: 1988).
  24. C. G. Lopez, S. E. Rogers, R. H. Colby, P. Graham, and J. T. Cabral, J. Polym. Sci. B Pol. Phys., 53, No. 7: 492 (2015); https://doi.org/10.1002/polb.23657
  25. A. M. Koganovskii, N. A. Klimenko, T. M. Levchenko, and I. G. Roda, Adsorbtsiya Organicheskikh Veshchestv iz Vody [Adsorption of Organic Substances from Water] (Leningrad: Khimiya: 1990).