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

Углеродные наночастицы на основе терморасширенного графита: влияние способа получения ТРГ на морфологию частиц

Е.В. Ракша1, В.А. Глазунова2, О.Н. Осколкова1, П.В. Сухов1, Г.К. Волкова2, А.А. Давыдова1, Ю.В. Берестнева3, М.В. Савоськин1

1 ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
2 ГУ «Физико-технический институт им. А.А. Галкина»
3 ФНЦ агроэкологии Российской академии наук

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.777

Оригинальная статья

Аннотация: В работе представлены результаты исследования морфологии углеродных наночастиц, образующихся при жидкофазном расслоении терморасширенного графита в трет-бутаноле. Используемый в работе терморасширенный графит получен путем термического расширения соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами в режиме термоудара при 500°С и 900°С. Исходный соинтеркалант по данным рентгенофазового анализа представляет собой смесь соединений II-й и IV-й стадий интеркалирования. Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что дисперсии углеродных наночастиц, образующиеся при расслоении терморасширенного графита в трет-бутаноле под действием ультразвука, содержат в основном малослойные графены, планарные размеры которых достигают 8 мкм. Обсуждается влияние условий получения терморасширенного графита на морфологию образующихся углеродных наночастиц. Дисперсии на основе терморасширенного графита, полученного при более низкой температуре, помимо малослойных графенов содержат также значительное количество аморфных углеродных частиц с планарными размерами до 100 нм.

Ключевые слова: малослойные графены, жидкофазное расслоение, нитрат графита, соинтеркалирование

  • Ракша Елена Владимировна – к.х.н., старший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
  • Глазунова Валентина Александровна – научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ГУ «Физико-технический институт им. А.А. Галкина»
  • Осколкова Оксана Николаевна – младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
  • Сухов Петр Владимирович – младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
  • Волкова Галина Кузьминична – научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ГУ «Физико-технический институт им. А.А. Галкина»
  • Давыдова Алина Александровна – младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
  • Берестнева Юлия Васильевна – к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории биотехнологий, ФНЦ агроэкологии Российской академии наук
  • Савоськин Михаил Витальевич – к.х.н., старший научный сотрудник, директор, ГУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Ссылка на статью:

Ракша, Е.В. Углеродные наночастицы на основе терморасширенного графита: влияние способа получения ТРГ на морфологию частиц / Е.В. Ракша, В.А. Глазунова, О.Н. Осколкова, П.В. Сухов, Г.К. Волкова, А.А. Давыдова, Ю.В. Берестнева, М.В. Савоськин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 777-787. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.777.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Obraztsova, E.Yu. Adsorption characteristics of nanographite oxide obtained from thermally expanded graphite / E.Yu. Obraztsova, M.N. Barshutina, E.S. Bakunin et al. // Mendeleev Communications. – 2020. – V. 30. – I. 2. – P. 174-176. DOI: 10.1016/j.mencom.2020.03.014.
2. Frąc, M. Cement composites with expanded graphite/paraffin as storage heater / M. Frąc, W. Pichór, P. Szołdra, W. Szudek // Construction and Building Materials. – 2021. – V. 275. – Art. № 122126. – 10 p. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.122126.
3. Asalieva, E. Exfoliated graphite as a heat-conductive frame for a new pelletized Fischer–Tropsch synthesis catalyst / E. Asalieva, L. Sineva, S. Sinichkina et al. // Applied Catalysis A: General. – 2020. – V. 601. – Art. № 117639. – 11 p. DOI: 10.1016/j.apcata.2020.117639.
4. Chriaa, I. The performances of expanded graphite on the phase change materials composites for thermal energy storage / I. Chriaa, M. Karkri, A. Trigui et al. // Polymer. – 2021. – V. 212. – Art. № 123128. – 11 p. DOI: 10.1016/j.polymer.2020.123128.
5. Dai, C. Preparation of low-temperature expandable graphite as a novel steam plugging agent in heavy oil reservoirs / C. Dai, C. Gu, B. Liu et al. // Journal of Molecular Liquids. – 2019. – V. 293. – Art. № 111535. – 9 p. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111535.
6. Яковлев, A.В. Терморасширенный графит: синтез, свойства и перспективы применения / A.В. Яковлев, А.И. Финаенов, С.Л. Забудьков, Е.В. Яковлева // Журнал прикладной химии. – 2006. – Т. 79. – № 11. – С. 1761-1771.
7. Nyssanbayeva, G. Preparation of expanded graphite using a thermal method / G. Nyssanbayeva, K. Kudaibergenov, Y. Ongarbayev, Z. Mansurov, R. Di Capua // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – V. 323. – Art. № 012012. – 6 p. DOI: 10.1088/1757-899X/323/1/012012. dova et al. // In book: Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications. PHENMA 2021. Spring
8. Ivanov, A.V. Influence of intercalation and exfoliation conditions on macrostructure and microstructure of exfoliated graphite / A.V. Ivanov, N.V. Maksimova, A.O. Kamaev, A.P. Malakho, V.V. Avdeev // Materials Letters. – 2018. – V. 228. – P. 403-406. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.06.072.
9. Ivanov, A.V. Gas permeability of graphite foil prepared from exfoliated graphite with different microstructures / A.V. Ivanov, N.V. Maksimova, M.S. Manylov et al. // Journal of Materials Science. – 2021. – V. 56. – I. 6. – P. 4197-4211. DOI: 10.1007/s10853-020-05541-2.
10. Sorokina, N.E. Different exfoliated graphite as a base of sealing materials / N.E. Sorokina, A.V. Redchitz, S.G. Ionov, V.V. Avdeev // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2006. – V. 67. – I. 5-6. – P. 1202- 1204. DOI: 10.1016/j.jpcs.2006.01.048.
11. Chen, P.-H. Viscoelastic behavior of the cell wall of exfoliated graphite / P.-H. Chen, D.D.L. Chung // Carbon. – 2013. – V. 61. – P. 305-312. DOI: 10.1016/j.carbon.2013.05.009.
12. Afanasova, I.M. Graphite structural transformations during intercalation by HNO3 and exfoliation / I.M. Afanasova, O.N. Shornikova, D.А. Kirilenko et al. // Carbon. – 2010. – V. 48. – I. 6. – P. 1862-1865. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.01.055
13. Savoskin, M.V. New graphite nitrate derived intercalation compounds of higher thermal stability / M.V. Savoskin, A.P. Yaroshenko, G.E. Whyman, R.D. Mysyk // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2006. – V. 67. – I. 5-6. – P. 1127-1131. DOI: 10.1016/j.jpcs.2006.01.034.
14. Давыдова, А.А. Малослойные графеновые частицы на основе терморасширенного соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами / А.А. Давыдова, Е.В. Ракша, О.Н. Осколкова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. –2020. – Вып. 12. – С. 580-590. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.580.
15. Raksha, E.V. Morphology and structure of carbon nanoparticles generated from graphite nitrate co- intercalation compound. Effect of sonication regime / E.V. Raksha, A.A. Davydova, Yu.V. Berestneva et al. // In book: Advanced Materials, Proceedings of the International Conference on «Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications», PHENMA 2019. – V. 6; ed. by I.A. Parinov, Sh.H. Chang, B.T. Long. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – Ch. 4. – P. 41-47. DOI: 10.1007/978-3-030-45120-2_4.
16. Raksha, E. Carbon Nanoparticles from Graphite Nitrate Cointercalation Compounds with Carboxylic Acids // E. Raksha, A. Davydova, O. Oskolkova et al. // In book: Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications. PHENMA 2021. Springer Proceedings in Materials. – V. 10; ed. by I.A. Parinov, SH. Chang, YH. Kim, N.A. Noda. – Cham: Springer, 2021. – Ch. 4. – P. 37-45. DOI: 10.1007/978-3-030-76481-4_4.
17. Давыдова, A.A. Синтез и свойства соединений соинтеркалирования нитрата графита со сложными эфирами карбоновых кислот / A.A. Давыдова, E.В. Ракша, В.A. Глазунова и др. // Журнал неорганической химии. – 2021. – Т. 66. – № 3. – С. 336-343. DOI: 10.31857/S0044457X21030065.
18. Berestneva, Yu.V. Thermally expanded graphite from graphite nitrate cointercalated with ethyl formate and acetic acid: morphology and physicochemical properties / Yu.V. Berestneva, E.V. Raksha, A.A. Voitash, G.M. Arzumanyan, M.V. Savoskin // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1658. – Art. № 012004. – 10 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1658/1/012004.
19. Voitash, A.A. Thermally expanded graphite: sorption properties and carbon nanoparticles obtaining // A.A. Voitash, E.V. Raksha, A.A. Davy er Proceedings in Materials. – V. 10; ed. by I.A. Parinov, S.H. Chang, Y.H. Kim, N.A. Noda. – Cham: Springer, 2021. – Ch. 5. – P. 47-52. DOI: 10.1007/978-3-030-76481-4_5.
20. Берестнева, Ю.В. Оценка возможности применения терморасширенного графита для очистки загрязненных природных вод / Ю.В. Берестнева, А.А. Войташ, Р.Н. Балкушкин и др. // Химическая безопасность. – 2021. – Т. 5. – № 1. – С. 110-124. DOI: 10.25514/CHS.2021.1.19007.
21. Войташ, А.А. Исследование сорбции ароматических соединений из водных растворов терморасширенным графитом / А.А. Войташ, Ю.В. Берестнева, Е.В. Ракша и др. // Химическая безопасность. – 2020. – Т. 4. – № 1. – С. 144-156. DOI: 10.25514/CHS.2020.1.17010.
22. Bourlinos, A.B. Liquid-phase exfoliation of graphite towards solubilized graphenes / A.B. Bourlinos, V. Georgakilas, R. Zboril, T.A. Steriotis, A.K. Stubos // Small. - 2009. - V. 5. - I. 16. – Р. 1841-1845. DOI: 10.1002/smll.200900242.
23. Hernandez, Y. High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite / Y. Hernandez, V. Nicolosi, M. Lotya et al. // Nature Nanotechnology. – 2008. – V. 3. – P. 563-568. DOI: 10.1038/nnano.2008.215.
24. Li, Zh. Mechanisms of Liquid-Phase Exfoliation for the Production of Graphene / Zh. Li, R.J. Young, C. Backes et al. // ACS Nano. – 2020. – V. 14. – I. 9. – P. 10976-10985. DOI: 10.1021/acsnano.0c03916.
25. Tyurnina, A. Ultrasonic exfoliation of graphene in water: a key parameter study / A. Tyurnina, I. Tzanakis, J. Morton et al. // Carbon. – 2020. – V. 168. – P. 737-747. DOI: 10.1016/j.carbon.2020.06.029.
26. Tapia, J.I. Carbon nano-allotropes produced by ultrasonication of few-layer graphene and fullerene / J.I. Tapia, E. Larios, C. Bittencourt, M.J. Yacamán, Mi. Quintana // Carbon. – 2016. – V. 99. – P. 541-546. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.12.071.
27. Gomez, K.V. The liquid exfoliation of grapheme in polar solvents / K.V. Gomez, M. Guevara, T. Tene et al. // Applied Surface Science. – 2021. – V. 546. – Art. № 149046. – 13 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.149046.
28. Tapia, J.I. Chemical manipulation of graphene in dispersions / J.I. Tapia, M. Quintana // In book: Handbook of carbon nano materials. – V. 5-6; ed. by F. D'Souza, K.M. Kadish. – New Jersey: World Scientific Publishing, 2014. – Ch. 3. – P. 185-217. DOI: 10.1142/9789814566704_0003.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒