Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Особенности синтеза наночастиц Cu — Ni: эксперимент и компьютерное моделирование

В.И. Романовский1, А.Ю. Колосов3, А.А. Хорт4, В.С. Мясниченко3, К.Б. Подболотов5, К.Г. Савина3, Д.Н. Соколов3, Е.В. Романовская6, Н.Ю. Сдобняков3

1 ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
3 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
4 KTH Royal Institute of Technology
5 ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси»
6 УО «Белорусский государственный технологический университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.293

Оригинальная статья

Аннотация: Сочетание эксперимента и компьютерного моделирования позволили исследовать особенности процесса синтеза наночастиц Cu - Ni. Наночастицы синтезированы методом экзотермического горения в растворах. Рентгено-фазовый анализ полученных материалов показал, что все образцы представляют собой чистые биметаллические нанопорошки с искаженной кубической кристаллической структурой каждого металла. Методом Монте-Карло в температурном диапазоне от 300 до 600 K установлены закономерности формирования манжеты для двух случаев начального расположения наночастиц меди и никеля: непосредственное соприкосновение и относительное смещение на величину 0,2 нм. Показана возможность тесной интеграции кристаллических структур в результате взаимодействия наночастиц Cu и Ni.

Ключевые слова: Cu - Ni, коалесценция, компьютерное моделирование, потенциал Гупта, метод Монте-Карло, экзотермическое горение в растворах

  • Романовский Валентин Иванович – к.т.н., старший научный сотрудник ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
  • Колосов Андрей Юрьевич – научный сотрудник кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Хорт Александр Александрович – к.т.н., научный сотрудник кафедры коррозии и поверхностных явлений KTH Royal Institute of Technology
  • Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Подболотов Кирилл Борисович – к.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси»
  • Савина Ксения Геннадьевна – студентка 4 курса кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Романовская Елена Владимировна – к.х.н., старший преподаватель кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники УО «Белорусский государственный технологический университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Романовский, В.И. Особенности синтеза наночастиц Cu — Ni: эксперимент и компьютерное моделирование / В.И. Романовский, А.Ю. Колосов, А.А. Хорт, В.С. Мясниченко, К.Б. Подболотов, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Е.В. Романовская, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 293-309. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.293.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Samsonov, V.M. Surface segregation in binary Cu–Ni and Au–Co nanoalloys and the core–shell structure stability/instability: thermodynamic and atomistic simulations / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, A.Yu. Kartoshkin, S.A. Vasilyev // Applied Nanoscience. – 2019. – V. 9. – I. 1. – P. 119-133. DOI: 10.1007/s13204-018-0895-5.
2. Kolosov, A.Yu. Estimation of the dihedral angle between metal nanoparticles during their coalescence / A.Yu. Kolosov, D.N. Sokolov, N.Yu. Sdobnyakov, P.V. Komarov, S.S. Bogdanov, A.A. Bogatov, V.S. Myasnichenko // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2017. – V. 9. – № 5. – P. 05042-1-05042-4. DOI: 10.21272/jnep.9(5).05042.
3. Kolosov, A.Yu. Investigation into the structure and features of the coalescence of differently shaped metal nanoclusters / A.Yu. Kolosov, N.Yu. Sdobnyakov, V.S Myasnichenko, D.N. Sokolov // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2016. – V. 10. – № 6. – P. 1292-1299. DOI: 10.1134/S102745101605075X.
4. Brongersma, H.H. Surface segregation in Cu–Ni and Cu–Pt alloys; a comparison of low-energy ion-scattering results with theory / H.H. Brongersma, M.J. Sparnaay, T.M. Buck // Surface Science. – 1978. – V. 71. – I. 3. – P. 657-678. DOI: 10.1016/0039-6028(78)90453-3.
5. Hennes, M. Equilibrium segregation patterns and alloying in Cu Ni nanoparticles: experiments versus modeling / M. Hennes, J. Buchwald, U. Ross, A. Lotnyk, S.G. Mayr // Physical Review. – 2015. – V. 91. – P. 245401-1-245401-11. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.245401.
6. Романовский, В.И. Одностадийный синтез полиметаллических наночастиц в воздушной среде / В.И. Романовский, А.А. Хорт, К.Б. Подболотов, Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, Д.Н. Соколов // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». – 2018. – Т. 61. – Вып. 9-10. – С. 42-47. DOI: 10.6060/ivkkt.20186109-10.5867a.
7. Khort, A. Graphene@metal nanocomposites by solution combustion synthesis / A. Khort, V. Romanovski, V. Lapitskaya, T. Kuznetsova, Kh. Yusupov, D. Moskovskikh, Yu. Haiduk, K. Podbolotov // Inorganic Chemistry. – 2020. – V. 59. – I. 9. – P. 6550-6565. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c00673.
8. Горелая, О.Н. Магнитный сорбент из отходов водоподготовки для очистки нефтесодержащих сточных вод / О.Н. Горелая, В.И. Романовский // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. – 2020. – № 2. – С. 61-64. DOI: 10.36773/1818-1212- 2020-120-2.1-61-64.
9. Горелая, О.Н. Сорбент для очистки нефтесодержащих сточных вод на основе отходов станций обезжелезивания / О.Н. Горелая, В.И. Романовский // Водоснабжение и санитарная техника. – 2020. – № 10. – C. 48-54.
10. Khort, A. CO oxidation and organic dyes degradation over grapheneCu and grapheneCuNi catalysts obtained by solution combustion synthesis / A. Khort, V. Romanovski, D. Leybo, D. Moskovskikh // Scientific Reports. – 2020. – V. 10. – Art. № 16104. – 10 p. DOI: 10.1038/s41598-020-72872-0.
11. Romanovski, V. New approach for inert filtering media modification by using precipitates of deironing filters for underground water treatment // Environmental Science and Pollution Research. – 2020. – V. 27. – I. 25. – P. 31706-31714. DOI: 10.1007/s11356-020- 09514-5.
12. Romanovskii, V.I. Modified anthracites for deironing of underground water / V.I. Romanovskii, A.A. Khort // Journal of Water Chemistry and Technology. – 2017. – V. 39. – I. 5. – P. 299-304. DOI: 10.3103/S1063455X17050083.
13. Propolsky, D. Modified activated carbon for deironing of underground water / D. Propolsky, E. Romanovskaia, W. Kwapinski, V. Romanovski // Environmental Research. – 2020. – V. 182. – Art. № 108996. DOI: 10.1016/j.envres.2019.108996.
14. Пропольский, Д.Э. Полифункциональный модифицированный уголь для очистки подземных вод / Д.Э. Пропольский, В.И. Романовский // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2020. – № 4. – С. 103-111. DOI: 10.35567/1999- 4508-2020-4-7.
15. Клебеко, П.А. Влияние условий синтеза на фазовый состав модифицированного покрытия антрацитов для обезжелезивания подземных вод / П.А. Клебеко, В.И. Романовский // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное строительство, теплоэнергетика и геоэкология. – 2020. – № 2.
– С. 65-67. DOI: 10.36773/1818-1212-2020-120-2.1-65-67.
16. Клебеко, П.А. Модифицированные антрациты – эффективные каталитические материалы для обезжелезивания подземных вод / П.А. Клебеко, В.И. Романовский // Водоснабжение и санитарная техника. – 2020. – № 7. – C. 24-29. DOI: 10.35776/MNP.2020.07.
17. Khort, A.A. One-step solution combustion synthesis of pure Ni nanopowders with enhanced coercivity: the fuel effect / A.A. Khort, K.B. Podbolotov, R. Serrano-García, Y.K. Gun’ko // Journal of Solid State Chemistry. – 2017. – V. 253. – P. 270-276. DOI: 10.1016/j.jssc.2017.05.043.
18. Podbolotov, K.B. Solution combustion synthesis of copper nanopowders: the fuel effect / K.B. Podbolotov, A.A. Khort, A.B. Tarasov, G.V. Trusov, S.I. Roslyakov, A.S. Mukasyan // Combustion Science and Technology. – 2017. – V. 189. – I. 11. – P. 1878-1890. DOI: 10.1080/00102202.2017.1334646.
19. Metropolis, N. Equation of state calculations by fast computing machines / N. Metropolis, A.W. Rosenbluth, M.N. Rosenbluth, E. Teller, A.N. Teller // Journal of Chemical Physics. – 1953. – V. 21. – I. 6. – P. 1087-1092. DOI: 10.1063/1.1699114.
20. Gupta, R.P. Lattice relaxation at a metal surface / R.P. Gupta // Physical Review B. – 1981. – V. 23. – I. 12. – P. 6265-6270. DOI: 10.1103/PhysRevB.23.6265.
21. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – P. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
22. Panizon, E. The study of the structure and thermodynamics of CuNi nanoalloys using a new DFT-fitted atomistic potential / E. Panizon, J. Olmos-Asar, M. Peressi, R. Ferrando // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2015. – V. 17. – I. 42. – P. 28068-28075. DOI: 10.1039/C5CP00215J.
23. Sdobnyakov, N. Solution combustion synthesis and Monte Carlo simulation of the formation of CuNi integrated nanoparticles / N. Sdobnyakov, A. Khort, V. Myasnichenko, K. Podbolotov, E. Romanovskaia, A. Kolosov, D. Sokolov, V. Romanovski // Computational Materials Science. – 2020. – V. 184. – Art. № 109936. – 12 p. DOI: 10.1016/j.commatsci.2020.109936.
24. Соколов, Д.Н. Исследование структурных характеристик нанокластеров металлов в процессе плавления/кристаллизации с использованием многочастичного потенциала Гупта / Д.Н. Соколов, А.П. Андрийчук, М.А. Харитонова, И.В.Карташов, П.В.Комаров, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2013. – Вып. 5. – С. 301-316.
25. Perevezentsev, V.N. The theory of evolution of the microstructure of superplastic alloys and ceramics / V.N. Perevezentsev // In: Superplasticity. 60 years after Pearson: Proceedings of the Conference Organised on Behalf of the Superplastic Forming Committee of the Manufacturing Division of the Institute of Materials and Held at the University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST) on 7-8 December 1994; ed. by N. Ridley. – London: CRC Press, 1995. – P. 51-59.
26. Myasnichenko, V.S. Simulation of crystalline phase formation in titanium-based bimetallic clusters / V.S. Myasnichenko, N.Yu. Sdobnyakov, P.M. Ershov, D.N. Sokolov, A.Yu. Kolosov, E.M. Davydenkova // Journal of Nano Research. – 2020. – V. 61. – P. 32-41. DOI: 10.4028/www.scientific.net/JNanoR.61.32.