mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-1-61-65mateltech-53Research ArticleНаноматериалы и нанотехнологииNANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGYФОРМИРОВАНИЕ НАНОКОМПОЗИТОВ Ni/C НА ОСНОВЕ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИК–ИЗЛУЧЕНИЯFORMATION OF NANOCOMPOSITES NI/C BASED OF POLYACRYLONITRILE UNDER IR-RADIATIONМуратовД. Г.MuratovD. G.

старший научный сотрудник

muratovdg@yandex.ruЯкушкоЕ. В.YakushkoE. V.

младший научный сотрудник

m5519969@ya.ruКожитовЛ. В.KozhitovL. V.

профессор−исследователь

kozitov@misis.ruПопковаА. В.PopkovaA. V.

аспирантка

ПушкаревМ. А.PushkarevM. A.

аспирант

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияA. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RASRussian FederationИНХС РАНРоссияUniversity of Science and Technology MISiSRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияUniversity of Science and Technology MISiSRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияFederal State Research and Design Institute of Rare Metal IndustryRussian Federation201315032015016165Copyright © Муратов Д.Г., Якушко Е.В., Кожитов Л.В., Попкова А.В., Пушкарев М.А., 20152015Муратов Д.Г., Якушко Е.В., Кожитов Л.В., Попкова А.В., Пушкарев М.А.Muratov D.G., Yakushko E.V., Kozhitov L.V., Popkova A.V., Pushkarev M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/53

Рассмотрено получение металлоуглеродных никельсодержащих нанокомпозитов на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила (ПАН) и гексагидрата хлорида никеля, а также результаты исследования структурных характеристик синтезированного материала. Нанокомпозиты получали в условиях ИК-пиролиза прекурсора на основе ПАН и гексагидрата хлорида никеля (NiCl2 • 6H2O). Пиролиз проводили в интервале температур 150—700 °C. Полученные нанокомпозиты представляют собой двухфазную систему из углеродной матрицы, образующейся при карбонизации ПАН, и распределенных в ней наночастиц никеля (оксида никеля), средний размер которых составляет 15—25 нм. Исследовано влияние температуры процесса ИК-пиро лиза прекурсора на размер полученных наночастиц никеля. Установлено, что распределение наночастиц никеля по размеру определяется температурой синтеза нанокомпозита. Так, с ростом температуры преобладающий средний размер частиц металла увеличивается, а распределение размывается и смещается в сторону больших размеров. С помощью расчетов полной энергии Гиббса возможных реакций восстановления никеля из хлорида и оксида продуктами пиролиза ПАН показана возможность формирования нанокомпозитов, включающих наночастицы оксида никеля, которые при более высокой температуре ИК-нагрева (более 500 °C) также могут восстанавливаться до нуль-валентного состояния.

The work is dedicated to obtaining nickel metal-carbon nanocomposites, based on IR-pyrolyzed polyacrylonitrile and nickel chloride hexahydrate, and the study of the structural characteristics of the synthesized material. Nanocomposites prepared under IR-based precursor pyrolysis of polyacrylonitrile (PAN) and nickel chloride hexahydrate (NiCl2 • 6H2O). Pyrolysis was carried out in the temperature range 150—700 °C. The grown nanocomposites are two-phase system of the carbon matrix formed during carbonization of PAN, and distributed in the nanoparticles of nickel (nickel oxide). The average size of the nanoparticles in the nanocomposite was 15—25 nm. The effect of temperature pyrolysis process IR precursor in the size of nickel nanoparticles obtained. It was determined that the distribution of nickel nanoparticles in size is defined by the temperature of the synthesis of the nanocomposite. So while the temperature increases prevailing average particle size of the metal increases and the distribution is blured and shifts toward larger sizes. By a calculation of the total Gibbs energy of possible reduction reactions of nickel chloride and oxide pyrolysis products PAN the possibility of formation of nanocomposites comprising nickel oxide nanoparticles, which are at a higher temperature infrared heating (more than 5000 °C) can be reducted up to zero-valent state at more higher temperature IR heatig.

металло- углеродный нанокомпозитуглеродная матрицананочастицы никеляmetal carbon nanocompositecarbon matrixnickel nanoparticlesReferencesЕлисеев, А. А. Функциональные наноматериалы / А. А. Елисеев, А. В. Лукашин / – М. : Физматлит, 2010. – 452 с.Елисеев, А. А. Функциональные наноматериалы / А. А. Елисеев, А. В. Лукашин / – М. : Физматлит, 2010. – 452 с.Alonso, F. A hightly reusable carbon-supported platinum catalyst for the hydrogen-transfer reduction of ketones / F. Alonso, P. Riente, F. Rodriguez-Reinoso, J. Ruiz-Martinez, A. Sepulveda-Escribano, M. Yus // Chem. Cat. Chem. – 2009. – V. 1, N 1. – P. 75—77.Alonso, F. A hightly reusable carbon-supported platinum catalyst for the hydrogen-transfer reduction of ketones / F. Alonso, P. Riente, F. Rodriguez-Reinoso, J. Ruiz-Martinez, A. Sepulveda-Escribano, M. Yus // Chem. Cat. Chem. – 2009. – V. 1, N 1. – P. 75—77.Ряшенцева, М. А. Применение металлоуглеродных катализаторов в процессах превращения низших алифатических спиртов / М. А. Ряшенцева, Е. В. Егорова, А. И. Трусов, Е. Р. Нугманов, С. Н. Антонюк // Успехи химии. – 2006. – Т. 75, № 11. – С. 1119—1132.Ряшенцева, М. А. Применение металлоуглеродных катализаторов в процессах превращения низших алифатических спиртов / М. А. Ряшенцева, Е. В. Егорова, А. И. Трусов, Е. Р. Нугманов, С. Н. Антонюк // Успехи химии. – 2006. – Т. 75, № 11. – С. 1119—1132.Ефимов, М. Н. Получение и структура каталитических нанокомпозитных углеродных материалов, содержащих металлы платиновой группы / М. Н. Ефимов, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, М. М. Ермилова, Н. В. Орехова, Г. Ф. Терещенко, Э. Л. Дзидзигури, Е. Н. Сидорова // Вестн. МИТХТ им. М. В. Ломоносова. – 2008. – Т. 3, № 1. – С. 66—69.Ефимов, М. Н. Получение и структура каталитических нанокомпозитных углеродных материалов, содержащих металлы платиновой группы / М. Н. Ефимов, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, М. М. Ермилова, Н. В. Орехова, Г. Ф. Терещенко, Э. Л. Дзидзигури, Е. Н. Сидорова // Вестн. МИТХТ им. М. В. Ломоносова. – 2008. – Т. 3, № 1. – С. 66—69.Земцов, Л. М. Углеродные наноструктуры на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила / Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова // Высокомолек. соед. А. – 2006. – Т. 48, № 6. – С. 977—982.Земцов, Л. М. Углеродные наноструктуры на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила / Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова // Высокомолек. соед. А. – 2006. – Т. 48, № 6. – С. 977—982.Муратов, Д. Г. Исследование электропроводности и полупроводниковых свойств нового углеродного материала на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила ((С3H3N)n) / Д. Г. Муратов, В. В. Козлов, В. В. Крапухин, Л. В. Кожитов, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2007. – № 3. – C. 26—30.Муратов, Д. Г. Исследование электропроводности и полупроводниковых свойств нового углеродного материала на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила ((С3H3N)n) / Д. Г. Муратов, В. В. Козлов, В. В. Крапухин, Л. В. Кожитов, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2007. – № 3. – C. 26—30.Уманский, Я. С. Кристаллография, рентгенография, электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. – М. : Металлургия, 1982. – 632 с.Уманский, Я. С. Кристаллография, рентгенография, электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. – М. : Металлургия, 1982. – 632 с.Селиванов, В. Н. Экспрессные методы рентгеновского анализа распределений кристаллитов и дислокационной структуры деформированных поликристаллов / В. Н. Селиванов, В. Ф. Смыслов // Материаловедение. – 1998. – № 4. – С. 2—7.Селиванов, В. Н. Экспрессные методы рентгеновского анализа распределений кристаллитов и дислокационной структуры деформированных поликристаллов / В. Н. Селиванов, В. Ф. Смыслов // Материаловедение. – 1998. – № 4. – С. 2—7.Рыжонков, Д. И. Наноматериалы: учебное пособие / Д. И. Рыжонков, В. В. Левина, Э. Л. Дзидзигури. – М. : БИНОМ Лаборатория знаний, 2008.Рыжонков, Д. И. Наноматериалы: учебное пособие / Д. И. Рыжонков, В. В. Левина, Э. Л. Дзидзигури. – М. : БИНОМ Лаборатория знаний, 2008.Muratov, D. G. Formation of bimetal nanoparticles in the structure of C—Cu—Zn metal-carbon nanocomposite / D. G. Muratov, L. M. Zemtsov, G. P. Karpacheva, E. L. Dzidziguri, E. N. Sidorova // Nanotechnologies in Russia. – 2012. – V. 7, N 1. – P. 62—66.Muratov, D. G. Formation of bimetal nanoparticles in the structure of C—Cu—Zn metal-carbon nanocomposite / D. G. Muratov, L. M. Zemtsov, G. P. Karpacheva, E. L. Dzidziguri, E. N. Sidorova // Nanotechnologies in Russia. – 2012. – V. 7, N 1. – P. 62—66.Пат. РФ № 2455225. Способ получения нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил / Л. В. Кожитов, А. В. Костикова, В. В. Козлов. Зарегистрировано 10.07.2012.Пат. РФ № 2455225. Способ получения нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил / Л. В. Кожитов, А. В. Костикова, В. В. Козлов. Зарегистрировано 10.07.2012.Костикова, А. В. Структурные особенности нанокомпозита FeNi3/C, полученного при ИК-нагреве / А. В. Костикова, В. В. Козлов, В. А. Тарала // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2012. – № 2. – С. 61—64Костикова, А. В. Структурные особенности нанокомпозита FeNi3/C, полученного при ИК-нагреве / А. В. Костикова, В. В. Козлов, В. А. Тарала // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2012. – № 2. – С. 61—64Муратов, Д. Г. Металлоуглеродные нанокомпозиты на основе полиакрилонитрила и металлов группы железа: получение, свойства, стабильность / Д. Г. Муратов, Л. В. Кожитов, В. В. Козлов, А. В. Костикова, Н. А. Валиахметова // Тр. VIII Междунар. конф. «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». – Курск, 2011. – С. 304—318.Муратов, Д. Г. Металлоуглеродные нанокомпозиты на основе полиакрилонитрила и металлов группы железа: получение, свойства, стабильность / Д. Г. Муратов, Л. В. Кожитов, В. В. Козлов, А. В. Костикова, Н. А. Валиахметова // Тр. VIII Междунар. конф. «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». – Курск, 2011. – С. 304—318.Земцов, Л. М. Углеродные наноструктуры на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила / Л. М. Земцов, Г. П. Кар- пачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова // Высокомолек. соед. А. 2006. – T. 48, № 6. – C. 977—982.Земцов, Л. М. Углеродные наноструктуры на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила / Л. М. Земцов, Г. П. Кар- пачева, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, К. А. Багдасарова // Высокомолек. соед. А. 2006. – T. 48, № 6. – C. 977—982.Козлов, В. В. Особенности образования системы полисопряженных связей полиакрилонитрила в условиях вакуума при термической обработке / В. В. Козлов, Г. П. Карпачева, В. С. Петров, Е. В. Лазовская // Там же. – 2001. T. 43, № 1. – C. 20.Козлов, В. В. Особенности образования системы полисопряженных связей полиакрилонитрила в условиях вакуума при термической обработке / В. В. Козлов, Г. П. Карпачева, В. С. Петров, Е. В. Лазовская // Там же. – 2001. T. 43, № 1. – C. 20.Белов, Г. В. ASTD — электронный справочник по термодинамическим, термохимическим и теплофизическим свойствам индивидуальных веществ / Г. В. Белов, Б. Г. Трусов. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1990—1993.Белов, Г. В. ASTD — электронный справочник по термодинамическим, термохимическим и теплофизическим свойствам индивидуальных веществ / Г. В. Белов, Б. Г. Трусов. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1990—1993.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.