Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2025 Том 23, Випуск 4
Завантажити повну версію статті (PDF, Англійською / In English) Open Access

V. V. TYTARENKO1 and V. A. ZABLUDOVSKY2

1Dnipro University of Technology, 19, Dmytra Yavornytskoho Ave., UA-49005 Dnipro, Ukraine
2Ukrainian State University of Science and Technologies, 2, Lazaryana Str., UA-49010 Dnipro, Ukraine

Investigation of the Mechanism of Interaction Between Carbon Nanomaterial Particles and Nickel Ions

1015–1028 (2025)

PACS numbers: 31.15.es, 61.05.ср, 61.48.-с, 68.37.Hk, 68.55.ap, 81.05.ub, 81.05.uj

Надійшла 21 лютого 2025 р.

Для дослідження механізму спільного осадження йонів металів і частинок ультрадисперсних діямантів (УДД) або молекул фуллерену C60 автори запропонували квантово-механічні моделі утворення метал-вуглецевого комплексу. Адсорбційні властивості атомів Ni на поверхні частинок УДД або молекули фуллерену C60 досліджуються методом теорії функціоналу густини з використанням гібридного функціоналу B3LYP. Запропоновано й оптимізовано моделі комплексів УДД або молекули фуллерену C60 з одним, двома та трьома зв'язаними йонами металу. Розрахунки повних енергій комплексів у конденсованому стані проведено за допомогою програмного пакету Gaussian 16. Одержані результати щодо енергії зв'язку адсорбованих йонів Ni з частинкою нанодіяманту або молекулою фуллерену C60 довели, що адсорбція йонів Ni на поверхні частинок УДД або молекули фуллерену C60 з водного розчину електролітів можлива з утворенням стабільного наноматеріялу з метал-вуглецевих комплексів. Можна припустити, що утворені метал-вуглецеві комплекси в результаті адсорбції атомів металу на поверхні частинки УДД або молекули фуллерену C60 набувають заряду в розчині електроліту та рухаються до катоди під дією електричного поля, створеного ріжницею потенціялів між анодою та катодою. Аналізи фазового складу металевих покриттів, результати СЕМ-досліджень поверхні та металографія торцевих ділянок електролітичних ніклевих покриттів підтверджують припущення про механізм спільного осадження йонів металу й УДД або молекули фуллерену C60 на катоді. Присутність карбонвмісного матеріялу в композитному ніклевому покритті фіксується у вигляді темних включень.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: електроосадження, вуглецевий наноматеріял, металокарбоновий комплекс, квантово-механічний модель, енергія зв'язку

Цитування:
V. V. Tytarenko and V. A. Zabludovsky, Investigation of the Mechanism of Interaction Between Carbon Nanomaterial Particles and Nickel Ions, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 23, No. 4: 1015–1028 (2025); https://doi.org/10.15407/nnn.23.04.1015
ЛІТЕРАТУРА
  1. G. K. Burkat, T. Fujimura, V. Yu. Dolmatov, E. A. Orlova, and M. V. Veretennikova, Diam. Relat. Mater., 14: 1761 (2005); https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.08.004
  2. M. Liu, H. Liu, D. Wang, B. Liu, Y. Shi, F. Li, Y. Gong, L. Li, and W. Zhang, Materials, 12, No. 2: 1105 (2019); https://doi.org/10.3390/ma12071105
  3. W. Liping, G. Yan, X. Qunji, H. Liu, and T. Xu, Mater. Sci. Eng. A, 390: 313 (2005); https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.08.033
  4. V. P. Isakov, A. I. Lyamkin, D. N. Nikitin, A. S. Shalimova, and A. V. Solntsev, Protec. Met. Phys. Chem. Surf., 46, No. 5: 578 (2010); https://doi.org/10.1134/S2070205110050138
  5. V. V. Tytarenko, V. A. Zabludovsky, and E. Ph. Shtapenko, Inorg. Mater.: Appl. Res., 10, No. 3: 589 (2019); https://doi.org/10.1134/S2075113319030419
  6. I. R. Robiul, Md. Hasan Ali, Md. Abu Jafor, and Md. Mahmodul Alam, Mat. Sci., 6, No. 5: 756 (2019); https://doi.org/10.3934/matersci.2019.5.756
  7. V. A. Zabludovsky, V. V. Tytarenko, and E. Ph. Shtapenko, Transactions of the IMF, 95, No. 6: 337 (2017); https://doi.org/10.1080/00202967.2017.1355463
  8. Hiroshi Matsubara, Yoshihiro Abe, Yoshiyuki Chiba, Hiroshi Nishiyama, Nobuo Saito, Kazunori Hodouchi, and Yasunobu Inoue, Electrochim. Acta, 52, Iss. 9: 3047 (2007); https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.01.030
  9. Xiangzhu He, Yongxiu Wang, Xin Sun, and Liyong Huang, Nanosci. Nanotechnol. Lett., 4: 48 (2012); https://doi.org/10.1166/nnl.2012.1286
  10. V. V. Tytarenko, V. A. Zabludovsky, E. Ph. Shtapenko, and I. V. Tytarenko, Galvanotechnik, 4: 648 (2019).
  11. C. Gheorghies, D. E. Rusu, and A. S. Bund, Appl. Nanosci., 4: 1021 (2014); https://doi.org/10.1007/s13204-014-0332-3
  12. V. N. Tseluikin, Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 53: 433 (2017); https://doi.org/10.1134/S2070205117030248
  13. V. N. Tseluikin, O. G. Nevernaya, and G. V. Tseluikina, Inorg. Mater.: Appl. Res., 2: 521 (2011); https://doi.org/10.1134/S2075113311050297
  14. X. Wang, F. Tang, X. Qi, Z. Lin, D. Battocchi, and X. Chen, Nanomaterials, 9: 1476 (2019); https://doi.org/10.3390/nano9101476
  15. A. Ramanathan, P. K. Krishnan, and R. Muraliraja, J. Manuf. Process., 42: 213 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.04.017
  16. A. Dorri Moghadam, E. Omrani, P. L. Menezes, and P. K. Rohatgi, Compos. Part B: Eng., 77: 402 (2015); https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.03.014
  17. S. R. Bakshi, D. Lahiri, and A. Agarwal, Int. Mater. Rev., 55, No. 1: 41 (2010); https://doi.org/10.1179/095066009X12570543
  18. Z. Hu, G. Tong, D. Lin, C. Chen, H. Guo, J. Xu, and L. Zhou, Mat. Sci. Technol., 32, No. 9: 930 (2016); https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1104018
  19. S. B. Sinnott and E. C. Dickey, Mat. Sci. Eng. R, 43: 1 (2003); https://doi.org/10.1016/j.mser.2003.09.001
  20. Caihao Qiu, Yishi Su, Jingyu Yang, Boyang Chen, Qiubao Ouyang, and Di Zhang, Composites Part C: Open Access, 4: 100120 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jcome.2021.100120
  21. G. Cheng, L. Geunsik, S. Bin, E. M. Vogel, R. M. Wallace, and C. Kyeongjae, J. Appl. Phys., 108: 123711 (2010); https://doi.org/10.1063/1.3524232
  22. L. Pei, X. Jingpei, W. Aiqin, M. Dougin, and M. Zhiping, Appl. Surf. Sci., 517: 146040 (2020); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146040
  23. M. Vanin, J. Mortensen, A. K. Kelkkanen, J. M. Garcia-Lastra, K. S. Thygesen, and K. W. Jacobsen, Phys. Rev. B, 81: 081408(R) (2010); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.081408
  24. K. Pi, K. M. McCreary, W. Bao, H. Wei, Y. F. Chiang, Y. Li, S.-W. Tsai, C. N. Lau, and R. K. Kawakami, Phys. Rev. Β, 80: 075406 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.075406
  25. R. Skyner, J. L. McDonagh, C. R. Groom, T. Mourika, and J. B. O. Mitchell, Phys. Chem. Chem. Phys., 17: 6174 (2015); https://doi.org/10.1039/C5CP00288E
  26. R. G. Parr and W. Yang, Density Functional Theory of Atoms and Molecules (New York: 1989).
  27. W. Koch and M. C. Holthausen, A Chemist's Guide to Density Functional Theory (New York: 2001).
  28. A. V. Arbuznikov, Struct. Chem., 48: S1 (2007); https://doi.org/10.1007/s10947-007-01
  29. M. K. Sabbe, M. F. Reyniers, and K. Reuter, Catal. Sci. Technol., 2: 2010 (2012); https://doi.org/10.1039/C2CY20261A
  30. N. Lopez, N. Almora-Barrios, G. Carchini, B. Piotr, L. Bellarosa, R. García-Muelas, G. Novell-Leruth, and M. Garcia-Mota, Catal. Sci. Technol., 2: 2405 (2012); https://doi.org/10.1039/C2CY20384G
  31. T. C. Allison and Y. Y. J. Tong, Phys. Chem. Chem. Phys., 13: 12858 (2011); https://doi.org/10.1039/C1CP20376B
  32. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, and D. J. Fox, Gaussian 16, Revision B.01 (Wallingford CT: Gaussian, Inc.: 2016).
  33. G. Schreckenbach, P. J. Hay, and R. L. Martin, Inorg. Chem., 37: 4442 (1998); https://doi.org/10.1021/ic980057a
  34. Georg Schreckenbach, P. Jeffrey Hay, and Richard L. Martin, J. Comput. Chem., 20: 70 (1999); https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(19990115)20:1<70::AID-JCC9>3.0.CO;2-F
  35. A. D. Becke, Chem. Phys., 20: 70 (1999); https://doi.org/10.1007/PL00021027
  36. V. V. Tytarenko, V. A. Zabludovsky, E. Ph. Shtapenko, and I. V. Tytarenko, Phys. Chem. Solid State, 23, No. 3: 461 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.3.461-467