Исследование фуллеренсодержащих продуктов электродугового испарения графита

• Автор: Фурсиков, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 150 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Синтез фулеренов общий взгляд

1.2 Получение фуллеренсодержащей сажи методом электродугово

го испарения графита, и влияние параметров процесса на выход фуллеренов.

1.2.1 Анализ фуллереновых смесей.

1.2.2 Экстракция фуллеренов

1.2.3 Влияние параметров электрической дуги

1.3 Препаративное хроматографическое разделение фуллереновых

смесей.
1.4 Спектры электронного поглощения фуллеренов Сбо И Сто, спек
трофотометрия растворов фуллеренов.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Электродуговая установка испарения графита.
2.1.1 Принцип действия
2.1.2 Конструкция аппарата.
2.1.3 Электрическая и газовая части
2.2 Извлечение и очистка фуллеренов
2.2.1 Извлечение смеси фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи экстракцией в аппарате Сокстлета
2.2.2 Хроматографическое разделение смеси фуллеренов на алюминийоксидных колонках на индивидуальные фуллерены высокой чистоты
2.2.3 Отбор и выделение компонентов.
2.3 Спектроскопия электронного поглощения растворов фуллеренов
2.3.1 Приготовление растворов.
2.3.2 Регистрация спектров электронного поглощения и определение коэффициентов ЭКСТИНКЦИИ С И С в толуоле
и гексане
2.3.3 Регистрация спектров электронного поглощения толуольных экстрактов фуллеренсодержащей сажи.
2.4 Исследование состава и структуры фуллереновой черни
2.4.1 Термогравиметрический и рентгенофазовый анализ .
2.5 Исследование превращений налканов.
3 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРЕНИЯ ГРАФИТА НА ВЫХОД ФУЛЛЕРЕНОВ
3.1 Зависимость выхода фуллеренов от давления инертного газа . .
3.2 Влияние параметров электрической дуги
3.3 Влияние чистоты инертного газа и испаряемого в дуге углеродного материала.
3.4 Зависимость выхода фуллеренов от температуры стенок реактора
4 СПЕКТРЫ ЭЛЕКТРОННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ РАСТВО РОВ Сео И С В ТОЛУОЛЕ И ГЕКСАНЕ
4.1 Определение коэффициентов экстинкции.
4.1.1 Состав используемых кристаллосольватов Сбо и С . . .
5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ С И С В ЭКСТРАКX ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩЕЙ САЖИ
5.1 Двух и многоволновой методы Фиродта
5.2 Оценка влияния погрешностей и примесей .
5.2.1 Примеси коллоида и эпоксида.
5.3 Анализ главных компонент
5.3.1 Факторный анализ
5.3.2 Разложение в сингулярном базисе.
5.3.3 Нахождение оптимального спектрального признака. . . .
5.3.4 Погрешность определения отношения СС
6 СОСТАВ И СТРУКТУРА ФУЛЛЕРЕНОВОЙ ЧЕРНИ
6.1 Каталитическая активность ФЧ в реакциях активации СН связей углеводородов .
6.1.1 Степень конверсии метана и селективность по продуктам
6.1.2 Кинетика появления газовых продуктов при подъме температуры в реакторе
6.1.3 Влияние степени искривлнности поверхности углеродного материала.
6.2 Влияние условий электродугового процесса на состав ФЧ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Следует заметить, что общий взгляд, приведнный в данном разделе не претендует на полноту детальный обзор каждого из способов синтеза фуллеренов потребовал бы слишком много места. Условия, необходимые для образования фуллеренов впервые были созданы при испарении графита мощным лазерным импульсом, что оказалось достаточным, однако, только для обнаружения фуллеренов массспектральными методами, но не для их производства. Данного рода установка описана в широко известной работе 1. Г. Крото предложил усовершенствовать описанную в работе 8 установку, в которой находилось устройство по испарению твердого вещества в частности, графита под действием луча лазера, дополнив е системой подачи буферного инертного газа. Тогда то и была впервые экспериментально обнаружена возможность существования кластера из атомов углерода в виде устойчивой молекулы, а полученные с использованием оборудования, предложенного в 1, экспериментальные результаты дали богатый материал для выяснения механизма образования фуллеренов. В работе 3 предложен новый способ получения углеродного пара, и его последующей конденсации, заключающийся в резистивном нагревании графитового стержня, помещенного в стеклянный сосуд, заполненный инертным газом гелием, давление которого 0 . Тонкий слой сажеподобного вещества, оседающего на прозрачной подложке, внеснной в сосуд, даст в И К спектре поглощения 4 характерные для высокосимметричной молекулы Сео линии. Причм, при низком давлении гелия в сосуде , эти линии отсутствуют. Сравнивая интенсивность этих линий с интенсивностью фона, вызванного поглощением в саже, авторы оценивают содержание в продуктах конденсации 1. Этот способ, дополненный предложенным в 9 методом но экстракции фуллеренов бензолом или другим неполярным органическим растворителем из сажеобразных продуктов конденсации, позволил получать после выпаривания растворителя образуются кристаллиты фуллеренов уже порядка 0 мг фуллеренов в день, что открыло возможность широкого экспериментального изучения этих новых соединений. Первые же анализы массспектров упаренных экстрактов показали присутствие в них помимо также и частиц с массой 0, что было отнесено к молекуле С. В работе методом сходным с описанным в статье 3 испарялись 3мм графитовые стержни резистивным нагревом током 00 А при давлении гелия в сосуде 5 . Экстракция кипящим бензолом или толуолом позволяла выделить фуллеренов, что значительно выше чем в работах 3 и , повидимому, благодаря большему давлению инертного газа. В работе образование фуллеренов происходило в условиях контактной дуги. Через контакт заострнного с одного конца 6мм графитового стержня и графитового диска пропускался переменный Гц ток силой 0 0 А. Падение напряжения на контакте было В. Напряжение пружины, обеспечивающей контакт, подбиралось таким образом, чтобы основная часть энергии выделялась в месте касания электродов, поддерживая дуговой разряд между ними, а не на резистивный нагрев стержня. Давление гелия в рабочей камере поддерживалось равным 0 , что достигачпось балансом между его откачкой из камеры и напуском с небольшой скоростью. Углеродный нар, исходящий из места дуги конденсировался, и сажа осаждалась не на стенках камеры, а на внутренних стенках специально помещенного в камеру охлаждаемого водой цилиндрического медного кожуха внутренний диаметр 8 см, окружающего зону контакта. В данной установке 6мм графитовый стержень испарялся со скоростью гч. Обычно, вокруг точки контакта образовывался депозит в виде кратера, который периодически приходилось удалять во избежание прекращения дугового разряда. В данной установке собиралось примерно г фуллеренсодержацей сажи за час. После 3х часовой экстракции фуллеренов толуолом в аппарате Сокслста и удаления растворителя на роторном испарителе вес остатка составлял 2 от веса сажи. На основании отношений интенсивностей пиков, соответствующих Сео и С, в С ЯМР спектре раствора полученной смеси фуллеренов в авторы оценивают содержание С в смеси . Приблизительно сходные результаты были получены в , где испарение графитового стержня в контактной дуге происходило в атмосфере аргона при его давлении 00 .