Слоистые углеродные матрицы с наночастицами металлов: получение и свойства

• Автор: Дунаев, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение

I Литературный обзор.

1.1 Аллотропные модификации углерода.

1.1.1 Слоистые углеродные матрицы

1.1.1.1 Графит.

1.1.1.2 Оксид графита

1.2 Интерполированные соединения.

1.2.1 Интерполированные соединения графита ИСГ, общие положения и ч I

классификация

1.2.2 Интерполированные соединения оксида графита ИСОГ.

1.3 Синтез интерполированных соединений
1.3.1 Методы синтеза акцепторных ИСГ.
1.3.2 Синтез ИСГ с хлоридамии металлов VIII группы.
1.3.3 Взаимодействие ОГ с соединениями металлов VIII группы
1.3.4 Синтез тройных ИСГ с соединениями металлов VIII группы.
1.4 Получение наночастиц металлов на различных углеродных носителях
1.4.1 Получение углеродных материалов, содержащих наночастицы металлов, на основе ИСГ.
Ч
1.4.2 Получение углеродных материалов, содержащих наночастицы металлов, на основе ОГ.
1.4.3 Получение углеродных материалов, содержащих ианочастицы металлов, на других углеродных носителях.
1.5 Заключение
II Методическая часть
2.1 Исходные вещества
2.2 Методики синтеза интерполированных соединений
2.2.1 Синтез ИСГ с РС газофазным безградиенпшым методом.
, 2.2.2 Синтез ИСГ с Н2ПС1ь методом электрохимического окисления ч
2.2.3 Синтез ИСГ с НзРС1бметодом обменного взаимодействия.
2.2.4 Синтез ИСГ с хлоридом железа III газофазным безградиенпшым методом
2.2.5 Синтез тройных ИСГ с хлоридом железа III и хлоридом платины IV
2.2.6 Получение интеркалировинных соединении оксида графита
2.3 Методики восстановления интерполированных соединений.
2.3.1. Получение углеродных материалов с частицами металлов
восстановлением ИСГ.
2.3.2 Получение углеродных материалов с частицами металла восстановлением ИСОГ..
2.4 Методы исследования
2.4.1 Рентгенофазовый анализ
2.4.2 Термический анализ.
2.4.2.1 Термогравиметрия.
2.4.2.2 Синхронный термический анализ, совмещенный с ИКФурье спектрометрией.
2.4.2.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия
2.4.3 Сканирующая электронная микроскопия, совмещенная с локальным рентгеноспектральным анализом
2.4.4 Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.
2.4.5 Спектроскопия комбинационного рассеяния
2.4.6Гаммарезонансная спектроскопия.
2.4.7 Измерение удельной поверхности.
2.4.8 Инфракрасная спектроскопия.
2.4.9 Элементный анализ
2.4. Измерение каталитической активности.
2.4. Измерение сорбционной емкости по водороду.
III Результаты и обсуждение
3.1 ИСГ и углеродные материалы, полученные на их основе
3.2 Получение углеродных материалов с биметаллическими наночастицами на основе тройных ИСГ. .
3.3 Углеродные материалы, полученные па основе оксида графита
3.3.1 Оксид графита и его превращения при нагревании.
3.3.2 Углеродные материалы на основе ОГ.
3.3.3 Восстановление ОГ гидразином.
3.4 Функциональные свойства полученных материалов.
3.4.1 Электрокаталитическая активность платиносодержащих материалов
3.4.2 Магнитные свойства полученных материалов.
3.4.3 Сорбция водорода на терморасширенном оксиде графита с наночастицами палладия .
3.5 Заключение...
IV Выводы . .
VI Список литературы.
Введение
Актуальность


Основные результаты работы доложены на 7ом совещании Фундаментальные проблемы ионики твердого тела Черноголовка, , Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов Москва, , , , 5ой международной конференции Углерод фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология Москва, , 8ой международной конференции, посвященной фуллеренам и атомным кластерам i СанктПетербург, , 1ом международном форуме по нанотехнологиям Москва, , 9ой международной конференции, посвященной фуллеренам и атомным кластерам i СанктПетербург, , ом международном симпозиуме, посвященном интеркалированиым соединениям Ii i Ii , II Пекин, . По теме диссертации опубликовано 2 статьи, тезисов докладов, получено 2 патента РФ. Автором выполнена синтетическая часть работы. Методами термического анализа термогравимстрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, синхронный термический анализ, сопряженный с ИКанализом выделяющихся
газов проведены физикохимические исследования синтезированных фаз. Исследована электрокаталитическая активность полученных материалов, проведено обобщение и анализ полученных данных. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и обсуждения, выводов, списка литературы 1 наименование. Работа изложена на 0 страницах печатного текста и содержит рисунков и таблиц. Уникальным свойством атомов углерода является возможность, соединяясь между собой различным образом, образовывать большое семейство углеродных материалов. Замечательно, что свойства углеродных материалов находятся в сильной зависимости от способа соединения атомов и могут разительно различаться. Так утлсрод образует и одно из самых твердых веществ алмаз, и достаточно мягкий графит. Все многообразие веществ, образуемых углеродом, удобно представить в виде схемы 1, в которой разделение произведено по типу химической связи между атомами углерода рис. Рисунок 1. Схематическая диаграмма аллотропных модификаций углерода 1. Многообразие образуемых углеродом форм, в частности, связано с тем, что углеродные атомы могут существовать в трех различных состояниях, соответствующих лр5, гр2, . Так . Лгибридизованные атомы объединяются в объемные структуры, например, алмаз 52гибридизованные атомы в планарные структуры, например, графит и, наконец, 57гибридизованные образуют линейные углеродные молекулы, карбины. Плоскостное
Линейное
Рисунок 2. Гибридизация атома углерода в молекуле. Наряду с чистыми формами углерода, в которых проявляется одно валентное состояние, существует множество промежуточных форм, представленных в центре диаграммы, в которых наблюдается либо более или менее случайное смешение атомов углерода в различных гибридизованных состояниях аморфный углерод, Сплснки, стсклоуглерод, угли, сажи, либо существование всех атомов в промежуточном гибридизованном состоянии. Группа со степенью гибридизации 5л, где п2 включает в себя различные моноциклические структуры. Для 2и3 промежуточные формы углерода включают различные каркасные структуры фуллерены, углеродные луковицы и нанотрубки. Важно, что для аморфных углеродов характерна широкая область гомогенности составов, тогда как вещества с промежуточной степенью гибридизации существуют в виде конкретных соединений с четко определенным составом 1. Представленная диаграмма наглядно демонстрирует, что атомы углерода могут соединяться между собой совершенно произвольным образом, образуя всевозможные комбинации яр2, яр2, яргибридизованных атомов. Внешнее воздействие приводит к изменению внутренней энергии и как следствие переходу атомов углерода из одного гибридизованного состояния в другое, изменяя структуру материала. Данный переход, повидимому, возможен всегда, однако может происходить при достаточно экзотических условиях. Так, например, классический переход алмаз графит наблюдается при нагревании вещества в инертной атмосфере до температуры выше С , а образование фуллерснов из графита происходит при его сжигании в электрической дуге 2. Таблица 1. Графит является равновесной формой существования углерода, в которой атомы углерода, имеющие яр2 гибридизацию, образуют графеновые слои. В каждом слое атомы образуют сетку правильных сопряженных шестиугольников. В природе встречаются две политипные формы графита гексагональная и ромбоэдрическая. Гексагональная модификация графита аграфит описывается пространственной группой Сттт рис.