RU2323876C1 - METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS Download PDF

Info

Publication number
RU2323876C1
RU2323876C1 RU2006130922/15A RU2006130922A RU2323876C1 RU 2323876 C1 RU2323876 C1 RU 2323876C1 RU 2006130922/15 A RU2006130922/15 A RU 2006130922/15A RU 2006130922 A RU2006130922 A RU 2006130922A RU 2323876 C1 RU2323876 C1 RU 2323876C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
pva
pepa
carbon nanostructures
metal
Prior art date
Application number
RU2006130922/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006130922A (en
Inventor
Владимир Иванович Кодолов (RU)
Владимир Иванович Кодолов
Иван Иванович Благодатских (RU)
Иван Иванович Благодатских
Елена Григорьевна Волкова (RU)
Елена Григорьевна Волкова
Людмила Григорьевна Макарова (RU)
Людмила Григорьевна Макарова
Надежда Семеновна Теребова (RU)
Надежда Семеновна Теребова
Original Assignee
Институт прикладной механики УрО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт прикладной механики УрО РАН filed Critical Институт прикладной механики УрО РАН
Priority to RU2006130922/15A priority Critical patent/RU2323876C1/en
Publication of RU2006130922A publication Critical patent/RU2006130922A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2323876C1 publication Critical patent/RU2323876C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: d-metal salt: cobalt chloride or nickel chloride, cobalt or nickel chloride crystallohydrate or silver nitrate, is treated with at least one of the following organic compounds: polyvinyl alcohol (PVA), acetylacetone (АА) or polyethylenepolyamine (PEPA). At first, a mixture of АА and PEPA may be prepared, PVA and d-metal salt aqueous solutions may be added to the said mixture to obtain gel, which is then dried to glassy state and milled. The said organic compounds and d-metal salt are taken in molar ratio of (5-1): 1. Then they are stage-heated to 200-400°C.
EFFECT: invention provides for reduction in power consumption and production of metal-carbon nanostructures in the form of films and tubulens.
2 cl, 18 dwg, 24 ex

Description

Изобретение относится к области координационной химии, включая физикохимию наноструктур и коллоидных систем, и заключается в том, что получение металлсодержащих углеродных наноструктур (пленок и тубуленов) проводится путем дегидратации и последующей окислительной дегидрополиконденсации ПВС, АА и расщеплению ПЭПА в присутствии нитрата серебра AgNO3, или хлоридов кобальта CoCl3, никеля NiCl2.The invention relates to the field of coordination chemistry, including the physical chemistry of nanostructures and colloidal systems, and consists in the fact that the preparation of metal-containing carbon nanostructures (films and tubulenes) is carried out by dehydration and subsequent oxidative dehydro-polycondensation of PVA, AA and PEPA cleavage in the presence of silver nitrate AgNO 3 , or cobalt chlorides CoCl 3 , nickel NiCl 2 .

Известны способы получения наноструктур, в том числе содержащих металлы, пиролизом полимеров в присутствии металлов [1, Y.Saito // Carbon, 1995, v.33, Is.7, p.979], пиролизом углеводородов на металлических катализаторах [2, C.J.Lee, J.Park, Y.Hue, J.Y.Lee // Chem. Phys. Lett., 2001, v.343, p.33-38], механохимическим способом с последующим спеканием [3, А.В.Сюгаев. Коррозионное поведение высокодисперсных систем на основе железа, полученных измельчением в органических средах. - Дисс. канд. хим. н., Ижевск: ФТИ УрО РАН, 2005], электрохимическими методами [4, W.K.Hsu. М.Terrones, J.P.Hare et al // Chem. Phys. Lett., 1996, v.262, p.161-166], золь-гель методами [5, Пат. 2225835, 2004].Known methods for producing nanostructures, including those containing metals, by pyrolysis of polymers in the presence of metals [1, Y.Saito // Carbon, 1995, v.33, Is.7, p.979], by pyrolysis of hydrocarbons on metal catalysts [2, CJ Lee, J. Park, Y. Hue, JYLee // Chem. Phys. Lett., 2001, v.343, p.33-38], mechanochemically followed by sintering [3, A.V. Syugaev. Corrosive behavior of finely dispersed iron-based systems obtained by grinding in organic media. - Diss. Cand. Chem. N., Izhevsk: Physical Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2005], by electrochemical methods [4, W.K. M. Terrones, J. P. Hare et al // Chem. Phys. Lett., 1996, v.262, p.161-166], sol-gel methods [5, Pat. 2225835, 2004].

Пиролиз полимеров в присутствии металлов [1] является энергоемким и труднорегулируемым способом, при осуществлении которого образуется смесь углеродных наноструктур, в большинстве своем не содержащих металлы. Использование пиролиза углеводородов на металлических катализаторах [2] для получения нанопродукта малопроизводительно. Получение наноструктур, содержащих с торцов металлы (железо), с помощью механохимических методов происходит при высоких затратах энергии [3]. Применение электрохимических методов для получения металлсодержащих нанопродуктов [4] сопряжено с большими затратами электроэнергии. Получение нанопродуктов с помощью золь-гель методов [5] во многом определяется устойчивостью золей и гелей, что может существенно повлиять на воспроизводимость результатов.Pyrolysis of polymers in the presence of metals [1] is an energy-intensive and difficult to regulate method, the implementation of which forms a mixture of carbon nanostructures, most of which do not contain metals. The use of hydrocarbon pyrolysis on metal catalysts [2] to obtain a nanoproduct is inefficient. The preparation of nanostructures containing metals (iron) from the ends using mechanochemical methods occurs at high energy costs [3]. The use of electrochemical methods to obtain metal-containing nanoproducts [4] is associated with high energy costs. Obtaining nanoproducts using sol-gel methods [5] is largely determined by the stability of sols and gels, which can significantly affect the reproducibility of the results.

Таким образом, к недостаткам этих способов относятся:Thus, the disadvantages of these methods include:

1. Низкая производительность [2, 4].1. Low productivity [2, 4].

2. Высокоэнергетические затраты на нагрев исходных веществ (600-1000°С) [1, 2, 4].2. High-energy costs for heating the starting materials (600-1000 ° C) [1, 2, 4].

3. Высокоэнергетические затраты на долговременное механическое измельчение исходных веществ [3].3. High-energy costs for long-term mechanical grinding of the starting materials [3].

4. Недостаточная воспроизводимость результатов, что существенно сказывается на качестве нанопродукта [1-5].4. The lack of reproducibility of the results, which significantly affects the quality of the nanoproduct [1-5].

Все вышеперечисленные факторы приводят к высокой себестоимости нанопродуктов.All of the above factors lead to the high cost of nanoproducts.

Наиболее близким техническим решением является способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур путем нагрева до 300°С смеси поливинилового спирта с хлоридами меди (CuCl) или меди (CuCl2) [6, В.И.Кодолов, А.А.Дидик, А.Ю.Волков, Е.Г.Волкова. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур из органического соединения с добавками неорганических солей // Патент №2221744, 2004; С01В 31/02]. Этот способ заключается в приготовлении гелеподобных пленок высушиванием водных растворов хлоридов меди и ПВС с последующим измельчением и нагревом до 300°С. Полученный продукт промывается горячей водой и растворителями для удаления исходных веществ и полупродуктов.The closest technical solution is a method for producing metal-containing carbon nanostructures by heating to 300 ° C a mixture of polyvinyl alcohol with copper chlorides (CuCl) or copper (CuCl 2 ) [6, V.I. Kodolov, A.A. Didik, A.Yu. Volkov, E.G. Volkova. A method for producing metal-containing carbon nanostructures from an organic compound with the addition of inorganic salts // Patent No. 2221744, 2004; СВВ 31/02]. This method consists in preparing gel-like films by drying aqueous solutions of copper and PVA chlorides, followed by grinding and heating to 300 ° C. The resulting product is washed with hot water and solvents to remove the starting materials and intermediates.

Данный прототип имеет следующие недостатки: предложенный способ не позволяет получать многофункциональные нанопродукты, содержащие металлы и металлсодержащие соединения, в которых могут быть серебро, никель, кобальт, а также такие гетероатомы, как кислород и азот; не дает возможности регулировать получение необходимых по размерам и форме нанопродуктов с определенным выходом.This prototype has the following disadvantages: the proposed method does not allow to obtain multifunctional nanoproducts containing metals and metal-containing compounds, which may include silver, nickel, cobalt, as well as heteroatoms such as oxygen and nitrogen; it does not make it possible to regulate the production of nanoproducts of a required size and shape with a specific yield.

Задача изобретения - получение металлсодержащих углеродных наноструктур в виде пленок (аморфных или кристаллических), нанотрубок или их скоплений, шаровидных металлических наноструктур в углеродных оболочках, содержащих гетероатомы О и N, в температурном интервале 100-400°C.The objective of the invention is the production of metal-containing carbon nanostructures in the form of films (amorphous or crystalline), nanotubes or their clusters, spherical metal nanostructures in carbon shells containing O and N heteroatoms, in a temperature range of 100-400 ° C.

Данная задача решается за счет того, что в способе получения металлсодержащих углеродных наноструктур взаимодействием органических веществ и солей d-металлов в температурном интервале 100-400°С в качестве органических соединений используют ацетилацетон, полиэтиленполиамин и их смеси в поливиниловом спирте, а в качестве d-металлов - серебро, никель, кобальт в мольных соотношениях: смесь органических соединений к соли металла - (5-1):1. Реакционную смесь готовят смешением жидких органических компонентов с солями металлов или водными растворами солей в ПВС с последующим высушиванием до получения гелеподобных пленок.This problem is solved due to the fact that in the method for producing metal-containing carbon nanostructures by the interaction of organic substances and d-metal salts in the temperature range of 100-400 ° C, acetylacetone, polyethylene polyamine and their mixtures in polyvinyl alcohol are used as organic compounds, and as d- metals - silver, nickel, cobalt in molar ratios: a mixture of organic compounds to a metal salt - (5-1): 1. The reaction mixture is prepared by mixing liquid organic components with metal salts or aqueous solutions of salts in PVA, followed by drying to obtain gel-like films.

Технический результат - повышение полифункциональности получаемых наноструктур за счет введения в реакционные смеси новых комплексонов и участвующих в координации с ними металлов, при ступенчатом нагреве возможно получение нанопленок с металлами или металлсодержащими соединениями на их поверхности (200°С), нанопленок с тубуленами между ними (300°С), тубуленов, содержащих металлы (400°С).The technical result is an increase in the multifunctionality of the obtained nanostructures due to the introduction of new complexones and metals involved in coordination with the reaction mixtures, stepwise heating, it is possible to obtain nanofilms with metals or metal-containing compounds on their surface (200 ° C), nanofilms with tubulenes between them (300 ° C), tubulenes containing metals (400 ° C).

С целью определения выхода твердого остатка продукта синтеза считают соотношение C+Me в полученном продукте к исходной смеси. Для этого полученные продукты обрабатывают HCl (для удаления возможно оставшихся непрореагировавших хлоридов, полученных оксидов и оксихлоридов металлов, ПВС, ПЭПА, АА). Полученный твердый продукт заливают 2н. HCl при температуре 20-25°C, объемом 8-10 объемов продукта, выдерживают 60-90 минут, потом промывают дистиллированной водой при температуре 20-25°С. После обработки продукт отфильтровывают и высушивают на воздухе при температуре 20-25°С в течение 24-48 часов. Выход твердого продукта по отношению к теоретическому составляет 70-80% в зависимости от природы компонентов и температуры синтеза.In order to determine the yield of the solid residue of the synthesis product, the ratio C + Me in the obtained product to the initial mixture is considered. For this, the obtained products are treated with HCl (to remove possibly remaining unreacted chlorides, obtained metal oxides and oxychlorides, PVA, PEPA, AA). The resulting solid product is poured 2n. HCl at a temperature of 20-25 ° C, a volume of 8-10 volumes of the product, incubated for 60-90 minutes, then washed with distilled water at a temperature of 20-25 ° C. After processing, the product is filtered off and dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 24-48 hours. The yield of solid product in relation to the theoretical is 70-80%, depending on the nature of the components and the temperature of synthesis.

Изучение структуры и состава полученных нанопродуктов карбонизации проводят методами просвечивающей электронной микроскопии, микродифракции электронов и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Используют просвечивающий электронный микроскоп JEM-200CX с ускоряющим напряжением 160 кВ и приставкой электронной дифракции. Исследования методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии проводят на рентгеноэлектронном магнитном спектрометре с возбуждением AlKα-линией при создании в камере спектрометра разрежения 10-3 Па. Разрешение прибора 1,2 эВ, точность положения пиков 0,1 эВ.The structure and composition of the obtained carbonization nanoproducts are studied by transmission electron microscopy, electron microdiffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. A JEM-200CX transmission electron microscope with an accelerating voltage of 160 kV and an electron diffraction attachment was used. X-ray photoelectron spectroscopy studies are carried out on an X-ray magnetic spectrometer with AlK α- line excitation when a 10 -3 Pa rarefaction is created in the chamber of the spectrometer. The resolution of the device is 1.2 eV, the accuracy of the position of the peaks is 0.1 eV.

По данным электронной микроскопии образцов, электронной микродифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено наличие в продуктах карбонизации следующих структур:According to the data of electron microscopy of the samples, electron microdiffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy, the presence of the following structures in carbonization products was established:

1. Аморфные углеродные нанопленки, содержащие кислород (531,5-532,0 эВ) и азот (399,8-400,2 эВ);1. Amorphous carbon nanofilms containing oxygen (531.5-532.0 eV) and nitrogen (399.8-400.2 eV);

2. Куски аморфных углеродных нанопленок, которые начали сворачиваться;2. Pieces of amorphous carbon nanofilms that began to fold;

3. Одиночные полые углеродные нанотрубки (тубулены),3. Single hollow carbon nanotubes (tubulens),

4. Сростки, состоящие из углеродных нанотрубок,4. Splices consisting of carbon nanotubes,

5. Нанокристаллы металлов или их соединений (хлориды или оксиды),5. Nanocrystals of metals or their compounds (chlorides or oxides),

6. Нанопроволоки металлов,6. Nanowires of metals,

7. Одиночные металлсодержащие углеродные нанотрубки (тубулены).7. Single metal-containing carbon nanotubes (tubulens).

Изобретение поясняется графическими материалами:The invention is illustrated by graphic materials:

На фиг.1 представлена никельсодержащая углеродная нанотрубка;Figure 1 presents a nickel-containing carbon nanotube;

На фиг.2 представлен набор нанотрубок, содержащих никель, окруженный нанопленкой;Figure 2 presents a set of nanotubes containing nickel surrounded by a nanofilm;

На фиг.3 представлено изображение набора аморфных шаровидных наноструктур, содержащих никель в углеродных оболочках;Figure 3 presents the image of a set of amorphous spherical nanostructures containing nickel in carbon shells;

На фиг.4 представлены гигантские тубулены с набором мелких нанотрубок внутри и на поверхности;Figure 4 presents giant tubulen with a set of small nanotubes inside and on the surface;

На фиг.5 представлен набор аморфных трубчатых наноструктур с кусками сворачивающихся нанопленок;Figure 5 presents a set of amorphous tubular nanostructures with pieces of coiled nanofilms;

На фиг.6 представлен растущий тубулен из углеродсеребросодержащего агрегата;Figure 6 presents the growing tubulene from a carbon-silver-containing aggregate;

На фиг.7 представлены сростки кристаллических нанотрубок, содержащих серебро;Figure 7 presents the intergrowths of crystalline nanotubes containing silver;

На фиг.8 представлена поликристаллическая пленка Ni с углеродным слоем;On Fig presents a polycrystalline film of Ni with a carbon layer;

На фиг.9 представлен участок углеродной пленки, на краях которой наблюдаются углеродные нанотрубки.Figure 9 shows a portion of a carbon film at the edges of which carbon nanotubes are observed.

На фиг.10 представлены аморфные углеродные нанотрубки.Figure 10 presents amorphous carbon nanotubes.

На фиг.11 представлена аморфная углеродная пленка, на картине микродифракции видно размытое диффузное гало.11 shows an amorphous carbon film, a diffuse halo is seen in the microdiffraction pattern.

На фиг.12 представлена аморфная пленка, но в ней присутствуют частицы графита - это видно на снимке структуры и на картине микродифракции.Figure 12 shows an amorphous film, but graphite particles are present in it - this can be seen in the structural photograph and in the microdiffraction pattern.

На фиг.13 представлены куски аморфной пленки, на поверхности которой лежат куски графита.On Fig presents pieces of an amorphous film, on the surface of which are pieces of graphite.

На фиг.14 представлено скопления зерен графита.On Fig presents the accumulation of grains of graphite.

На фиг.15 представлены углеродные трубки, на фоне колец уже появляются отдельные рефлексы, видна пустая середина трубок (эти трубки уже кристаллические).15 shows carbon tubes, separate reflexes appear on the background of the rings, the empty middle of the tubes is visible (these tubes are already crystalline).

На фиг.16 представлены куски монокристаллической пленки Ni(OH)2.On Fig presents pieces of a single crystal film of Ni (OH) 2 .

На фиг.17 представлена аморфная углеродная пленка с зернами графита.On Fig presents an amorphous carbon film with grains of graphite.

На фиг.18 представлено скопление углеродных трубок, сами трубки аморфные, на этом же участке присутствуют частицы графита.On Fig presents the accumulation of carbon tubes, the tubes themselves are amorphous, in the same area there are particles of graphite.

Пример 1. Предлагаемый способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур реализован следующим образом: для получения смеси NiCl2 и АА в мольном соотношении 1:1 берут твердый кристаллогидрат NiCl2·2Н2О массой 10 г и добавляют его к АА до получения однородной смеси. Данную смесь помешают в закрытый тигель и выдерживают 24 ч при температуре 20-25°С, после чего тигель помещают в муфельную печь и нагревают. Нагрев идет ступенчато: от 100 до 400°С, с интервалом 100°С. Выдержка на каждом режиме составляет 60 минут. Полученный продукт - порошок темно-серого или темно-серо-зеленого цвета промывался 2н. HCl при температуре 20-25°С, объемом 8-10 объемов продукта, выдерживали 60-90 минут, потом промывали дистиллированной водой при температуре 20-25°С. После обработки нанопродукт отфильтровывался и высушивался на воздухе при температуре 20-25°С в течение 48 часов. Выход твердого нанопродукта по отношению к теоретическому составляет 70%. Нанопродукт представляет собой углеродные никельсодержащие нанотрубки (фиг.1, 2).Example 1. The proposed method for producing metal-containing carbon nanostructures is implemented as follows: to obtain a mixture of NiCl 2 and AA in a molar ratio of 1: 1, take solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O weighing 10 g and add it to AA to obtain a homogeneous mixture. This mixture is placed in a closed crucible and incubated for 24 hours at a temperature of 20-25 ° C, after which the crucible is placed in a muffle furnace and heated. Heating is stepwise: from 100 to 400 ° C, with an interval of 100 ° C. The shutter speed in each mode is 60 minutes. The resulting product - a powder of dark gray or dark gray-green color was washed with 2n. HCl at a temperature of 20-25 ° C, with a volume of 8-10 volumes of the product, kept for 60-90 minutes, then washed with distilled water at a temperature of 20-25 ° C. After processing, the nanoproduct was filtered off and dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 48 hours. The yield of solid nanoproduct relative to theoretical is 70%. The nanoproduct is a carbon nickel-containing nanotubes (figure 1, 2).

Пример 2. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, в котором вместо твердого кристаллогидрата NiCl2·2Н2О берут 2н. раствор NiCl2, который добавляют к АА. После получения гомогенного раствора его выдерживают 3 ч при температуре 20-25°С, а затем нагревают в сушильном шкафу при температуре 70-75°C до получения твердого нанопродукта (10-12 ч). Результат аналогичен примеру 1 (фиг.3, 4).Example 2. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 1, in which instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 About take 2N. a solution of NiCl 2 , which is added to AA. After obtaining a homogeneous solution, it is kept for 3 hours at a temperature of 20-25 ° C, and then heated in an oven at a temperature of 70-75 ° C to obtain a solid nanoproduct (10-12 h). The result is similar to example 1 (figure 3, 4).

Пример 3. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, где вместо твердого кристаллогидрата NiCl2·2Н2О берут твердый кристаллогидрат CoCl2·2H2O. Полученный результат аналогичен примерам 1 и 2.Example 3. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 1, where instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O take solid crystalline hydrate CoCl 2 · 2H 2 O. The result is similar to examples 1 and 2.

Пример 4. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, в котором вместо 2н. раствора NiCl2 берут 2н. раствор CoCl2. Полученный результат аналогичен результату в примерах 1 и 2.Example 4. A method of obtaining a metal-containing carbon nanostructures according to example 2, in which instead of 2N. a solution of NiCl 2 take 2N. CoCl 2 solution. The result obtained is similar to the result in examples 1 and 2.

Пример 5. Способ получения серебросодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, в котором вместо твердого кристаллогидрата NiCl2·2H2O берут твердый нитрат серебра AgNO3. Температура нагрева заканчивается 300°С. Изображение полученных нанопродуктов представлено на фиг.5-7.Example 5. The method of producing silver-containing carbon nanostructures according to example 1, in which instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O take solid silver nitrate AgNO 3 . The heating temperature ends at 300 ° C. An image of the obtained nanoproducts is presented in FIGS. 5-7.

Пример 6. Способ получения серебросодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, где вместо 2н. раствор NiCl2 берется 2н. раствор AgNO). Температура нагрева заканчивается 300°С. Полученный результат аналогичен результату в примере 5.Example 6. A method for producing silver-containing carbon nanostructures according to example 2, where instead of 2n. a solution of NiCl 2 is taken 2n. AgNO solution). The heating temperature ends at 300 ° C. The result obtained is similar to the result in example 5.

Пример 7. Предлагаемый способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур реализован следующим образом: для получения смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 готовят органическую часть, а затем добавляют неорганическую часть. Сначала готовят смесь органических веществ: ПВС (10% водного раствора) и ПЭПА путем смешивания до получения гомогенного раствора бледно-желтого раствора. К полученному раствору добавляют твердый кристаллогидрат NiCl2·2Н2О массой 10 г и перемешивают до получения прозрачного раствора темно-синего цвета. Полученный раствор заливают в стеклянные чашки Петри слоем 10 мм и нагревают в сушильном шкафу при температуре 60-65°C до получения твердого геля. В данном случае процесс гелеобразования занимает 60-70 минут. Нагревание до температуры 75-80°С сильно уменьшает время гелеобразования (до 10-15 минут), но отрицательно влияет на качество пленки (сильная адгезия, хрупкость). Полученная пленка снимается с поверхности стекла, измельчается до размеров 2-5 мм и помещается в закрытый тигель. Тигель должен быть достаточно плотно закрыт, чтобы пропускать минимальное количество воздуха, но не очень сильно, чтобы выпускать газы, полученные при нагревании геля. Приготовленный тигель помещается в муфельную печь и нагревается. Нагрев идет ступенчато: от 100 до 200°С, с интервалом 100°С. Выдержка на каждом режиме составляет 60 минут. Полученный продукт - пористая пленка темно-коричневого цвета. Она размалывается в тигле до получения порошка. Порошок промывается 2н. HCl при температуре 20-25°С, объемом 8-10 объемов продукта, выдерживается 60-90 минут, потом промывается дистиллированной водой при температуре 20-25°C. Промывание идет до тех пор, пока промывочный раствор не будет полностью прозрачным. После обработки продукт отфильтровывается и высушивается на воздухе при температуре 20-25°C в течение 48 часов. Выход твердого продукта по отношению к теоретическому составляет 70%. Полученный нанопродукт представляет собой углеродные нанопленки с поликристаллической пленкой Ni (фиг.8).Example 7. The proposed method for producing metal-containing carbon nanostructures is implemented as follows: to obtain a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1, the organic part is prepared, and then the inorganic part is added. First, a mixture of organic substances is prepared: PVA (10% aqueous solution) and PEPA by mixing until a homogeneous solution of a pale yellow solution is obtained. To the resulting solution was added solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O weighing 10 g and stirred until a clear solution of dark blue color was obtained. The resulting solution is poured into glass Petri dishes with a layer of 10 mm and heated in an oven at a temperature of 60-65 ° C until a solid gel is obtained. In this case, the gelation process takes 60-70 minutes. Heating to a temperature of 75-80 ° C greatly reduces the gelation time (up to 10-15 minutes), but negatively affects the quality of the film (strong adhesion, brittleness). The resulting film is removed from the surface of the glass, crushed to a size of 2-5 mm and placed in a closed crucible. The crucible should be tightly closed enough to allow a minimum amount of air to pass through, but not so much as to release the gases produced by heating the gel. The cooked crucible is placed in a muffle furnace and heated. Heating is stepwise: from 100 to 200 ° C, with an interval of 100 ° C. The shutter speed in each mode is 60 minutes. The resulting product is a dark brown porous film. It is ground in a crucible until a powder is obtained. The powder is washed with 2n. HCl at a temperature of 20-25 ° C, with a volume of 8-10 volumes of product, aged 60-90 minutes, then washed with distilled water at a temperature of 20-25 ° C. Rinsing continues until the rinse solution is completely clear. After processing, the product is filtered and dried in air at a temperature of 20-25 ° C for 48 hours. The yield of solid product in relation to theoretical is 70%. The resulting nanoproduct is a carbon nanofilm with a polycrystalline Ni film (Fig. 8).

Пример 8. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, при выполнении которого температуру синтеза повышают до 300°С. Выход твердого продукта по отношению к теоретическому составляет 74%. Получены углеродные нанопленки, на краях которых наблюдаются углеродные нанотрубки, заполненные никелем (фиг.9).Example 8. A method of producing a metal-containing carbon nanostructures according to example 7, when the synthesis temperature is increased to 300 ° C. The yield of solid product in relation to theoretical is 74%. Carbon nanofilms were obtained at the edges of which carbon nanotubes filled with nickel were observed (Fig. 9).

Пример 9. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором температуру синтеза увеличивают до 400°С. Выход твердого продукта по отношению к теоретическому составляет 79%. Получены аморфные углеродные нанотрубки, заполненные никелем (фиг.10).Example 9. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which the synthesis temperature is increased to 400 ° C. The yield of solid product in relation to the theoretical is 79%. Amorphous carbon nanotubes filled with nickel were obtained (Fig. 10).

Пример 10. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо твердого кристаллогидрата NiCl22О берется твердый кристаллогидрат CoCl2·2Н2O. Полученный результат аналогичен примеру 7, но нанопленка на поверхности имеет соединения кобальта.Example 10. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 2H 2 O is taken solid crystalline hydrate CoCl 2 · 2H 2 O. The result is similar to example 7, but the nanofilm on the surface has cobalt compounds.

Пример 11. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором вместо твердого кристаллогидрата NiCl2·2Н2О берется твердый кристаллогидрат CoCl2·2H2О, а температуру синтеза повышают до 300°С. Полученный результат аналогичен примеру 8 с той разницей, что металлом является кобальт.Example 11. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O is taken solid crystalline hydrate CoCl 2 · 2H 2 O, and the synthesis temperature is increased to 300 ° C. The result obtained is similar to example 8 with the difference that the metal is cobalt.

Пример 12. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо твердого кристаллогидрата NiCl2·2H2O берется твердый кристаллогидрат CoCl2·2Н2О, а температуру синтеза увеличивают до 400°С. Полученный результат аналогичен примеру 9, но в нанотрубках кобальт.Example 12. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of solid crystalline hydrate NiCl 2 · 2H 2 O is taken solid crystalline hydrate CoCl 2 · 2H 2 O, and the synthesis temperature is increased to 400 ° C. The result obtained is similar to example 9, but in cobalt in nanotubes.

Пример 13. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, при выполнении которого вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1. Получена аморфная углеродная пленка, на картине микродифракции видно размытое диффузное гало (фиг.11). На поверхности нанопленки находятся нанокристаллы никеля и никельсодержащие соединения.Example 13. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1. An amorphous carbon film was obtained, a diffuse diffuse halo is seen in the microdiffraction pattern (Fig. 11). On the surface of the nanofilm are nickel nanocrystals and nickel-containing compounds.

Пример 14. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1, а температуру синтеза доводят до 300°С. Получена аморфная пленка, но в ней кроме нанокристаллов никеля присутствуют частицы графита (фиг.12).Example 14. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1, take a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1, and the synthesis temperature is adjusted up to 300 ° C. An amorphous film was obtained, but graphite particles were present in it, in addition to nickel nanocrystals (Fig. 12).

Пример 15. Способ получения никельсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1, а температуру синтеза повышают до 400°С. Получены углеродные трубки, на фоне колец уже появляются отдельные рефлексы, видна пустая середина трубок, трубки частично заполнены никелем или никельсодержащими соединениями. Эти трубки уже кристаллические (фиг.15).Example 15. The method of producing nickel-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1, take a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1, and the synthesis temperature increase to 400 ° C. Carbon tubes have been obtained, separate reflexes appear on the background of the rings, the empty middle of the tubes is visible, the tubes are partially filled with nickel or nickel-containing compounds. These tubes are already crystalline (Fig. 15).

Пример 16. Способ получения кобальтсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1. Полученный результат аналогичен примеру 13.Example 16. The method of producing cobalt-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1. The result obtained is similar to example 13.

Пример 17. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, при выполнении которого вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1, а температуру синтеза повышают до 300°С. Полученный результат аналогичен примеру 14.Example 17. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1, and the temperature synthesis increase to 300 ° C. The result obtained is similar to example 14.

Пример 18. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1, а температуру синтеза увеличивают до 400°С. Полученный результат аналогичен примеру 15.Example 18. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1, take a mixture of PVA, PEPA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1, and the synthesis temperature is increased up to 400 ° C. The result obtained is similar to example 15.

Пример 19. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1. Получена структура, содержащая наряду с аморфной углеродной пленкой частицы графита (фиг.13).Example 19. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: 1 . A structure was obtained containing, along with an amorphous carbon film, graphite particles (Fig. 13).

Пример 20. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1, а температуру синтеза повышают до 300°С. Получены образцы, которые содержат аморфную углеродную пленку с зернами графита и монокристаллические пленки Ni(OH)2 (фиг.14, 16,17).Example 20. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: 1, and the synthesis temperature is increased to 300 ° C. Samples were obtained that contain an amorphous carbon film with graphite grains and single-crystal films of Ni (OH) 2 (Figs. 14, 16, 17).

Пример 21. Способ получения никельсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и NiCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1, а температуру синтеза увеличивают до 400°С. Получено скопление углеродных трубок, сами трубки аморфные, на этом же участке присутствуют частицы графита (фиг.18).Example 21. The method for producing nickel-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and NiCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: 1 , and the synthesis temperature is increased to 400 ° C. A cluster of carbon tubes was obtained, the tubes themselves are amorphous, graphite particles are present in the same region (Fig. 18).

Пример 22. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, при выполнении которого вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1. Полученный результат аналогичен примеру 19.Example 22. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: one. The result obtained is similar to example 19.

Пример 23. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, в котором вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1, а температуру синтеза повышают до 300°С. Полученный результат аналогичен примеру 20.Example 23. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, in which instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: 1 and the synthesis temperature is increased to 300 ° C. The result obtained is similar to example 20.

Пример 24. Способ получения кобальтсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где вместо смеси ПВС, ПЭПА и NiCl2 в мольном соотношении 1:1:1 берут смесь ПВС, ПЭПА, АА и CoCl2 в мольном соотношении 2:2:1:1, а температуру синтеза увеличивают до 400°С. Полученный результат аналогичен примеру 21, но металл в этом случае кобальт.Example 24. The method of producing cobalt-containing carbon nanostructures according to example 7, where instead of a mixture of PVA, PEPA and NiCl 2 in a molar ratio of 1: 1: 1 take a mixture of PVA, PEPA, AA and CoCl 2 in a molar ratio of 2: 2: 1: 1, and the synthesis temperature is increased to 400 ° C. The result obtained is similar to example 21, but the metal in this case is cobalt.

Использование предлагаемого способа получения металлсодержащих углеродных наноструктур обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:Using the proposed method for producing metal-containing carbon nanostructures provides, in comparison with existing methods, the following advantages:

1. Снижение энергетических затрат за счет уменьшения температуры синтеза до 200-400°С.1. Reducing energy costs by reducing the synthesis temperature to 200-400 ° C.

2. Возможность варьирования полученных углеродных наноструктур в зависимости от температуры: от нанопленок при 200°С до нанотрубок при 400°С.2. The possibility of varying the obtained carbon nanostructures depending on temperature: from nanofilms at 200 ° C to nanotubes at 400 ° C.

3. Увеличение номенклатуры за счет введения в реакционные смеси металлов (Ni, Co, Ag) и новых комплексонов полиэтиленполиамина (ПЭПА) и ацетилацетона (АА), образующих прочные комплексы с данными металлами, что расширяет возможности применения полученных наноструктур в качестве катализаторов и сорбентов.3. An increase in the nomenclature due to the introduction of metals (Ni, Co, Ag) and new polyethylene polyamine (PEPA) and acetylacetone (AA) complexones into the reaction mixtures, which form strong complexes with these metals, which expands the possibilities of using the obtained nanostructures as catalysts and sorbents.

4. Введение гетероатомов (O, N) в структуру нанопленок и нанотрубок, способствующее повышению полифункциональности полученных наноструктур.4. The introduction of heteroatoms (O, N) into the structure of nanofilms and nanotubes, which enhances the multifunctionality of the obtained nanostructures.

Claims (2)

1. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур, включающий обработку солей d-металлов органическим веществом, содержащим функциональные группы, при нагревании, отличающийся тем, что в качестве органического соединения используется, по меньшей мере, одно из органических веществ: ацетилацетон, полиэтиленполиамин и поливиниловый спирт, а в качестве солей d-металлов - хлорид кобальта или никеля, кристаллогидрат хлорида кобальта или никеля или нитрат серебра, причем указанные органические соединения и соль берут в мольных отношениях (5-1):1 и нагревают по ступенчатому режиму до 200-400°С.1. A method for producing metal-containing carbon nanostructures, comprising treating d-metal salts with an organic substance containing functional groups by heating, characterized in that at least one of the organic substances is used as an organic compound: acetylacetone, polyethylene polyamine and polyvinyl alcohol, and as salts of d-metals, cobalt or nickel chloride, crystalline cobalt or nickel chloride hydrate or silver nitrate, wherein said organic compounds and salt are taken in molar relative to eniyah (5-1): 1, and is heated by a stepwise mode to 200-400 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смеси готовят смешением жидких веществ в определенном порядке: предварительно готовят смесь ацетилацетона и полиэтиленполиамина, а затем в подготовленную смесь добавляют водные растворы поливинилового спирта и солей металла до получения геля, который перед нагревом подсушивают до стеклообразного состояния и измельчают.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixtures are prepared by mixing liquid substances in a specific order: a mixture of acetylacetone and polyethylene polyamine is preliminarily prepared, and then aqueous solutions of polyvinyl alcohol and metal salts are added to the prepared mixture to obtain a gel, which is dried before heating glassy state and ground.
RU2006130922/15A 2006-08-28 2006-08-28 METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS RU2323876C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130922/15A RU2323876C1 (en) 2006-08-28 2006-08-28 METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130922/15A RU2323876C1 (en) 2006-08-28 2006-08-28 METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006130922A RU2006130922A (en) 2008-03-10
RU2323876C1 true RU2323876C1 (en) 2008-05-10

Family

ID=39280347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006130922/15A RU2323876C1 (en) 2006-08-28 2006-08-28 METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2323876C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515858C2 (en) * 2012-04-19 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely-disperse organic suspension of carbon metal-containing nanostructures and method of its production
RU2704433C2 (en) * 2017-05-05 2019-10-28 Общество с ограниченной ответственностью "ХИМИЖ" Method of producing carbon metal-containing nanostructures
RU2715655C2 (en) * 2018-06-14 2020-03-02 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method of producing metal/carbon nanocomposites

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515858C2 (en) * 2012-04-19 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely-disperse organic suspension of carbon metal-containing nanostructures and method of its production
RU2704433C2 (en) * 2017-05-05 2019-10-28 Общество с ограниченной ответственностью "ХИМИЖ" Method of producing carbon metal-containing nanostructures
RU2715655C2 (en) * 2018-06-14 2020-03-02 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method of producing metal/carbon nanocomposites

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006130922A (en) 2008-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. One‐Step Synthesis of Highly Ordered Mesoporous Silica Monoliths with Metal Oxide Nanocrystals in their Channels
Xu et al. General and facile method to fabricate uniform Y 2 O 3: Ln 3+(Ln 3+= Eu 3+, Tb 3+) hollow microspheres using polystyrene spheres as templates
He et al. ‘Clicked’magnetic nanohybrids with a soft polymer interlayer
Bu et al. Optically active SiO2/TiO2/polyacetylene multilayered nanospheres: preparation, characterization, and application for low infrared emissivity
Gao et al. Novel tunable hierarchical Ni–Co hydroxide and oxide assembled from two-wheeled units
CN108383171B (en) Rapid preparation method of transition metal hydroxide nanoparticles
CN102101693A (en) Preparation method and application of double-function micro-nano hierarchical structural zinc oxide power
Liu et al. An efficient chemical precipitation route to fabricate 3D flower-like CuO and 2D leaf-like CuO for degradation of methylene blue
Pezeshkpour et al. Synthesis and characterization of nanocrystalline NiO-GDC via sodium alginate-mediated ionic sol-gel method
Alinejad et al. Synthesis and characterization of nanocrystalline MgAl2O4 spinel via sucrose process
CN110844900B (en) Method for preparing carbon nano tube by taking waste tire as raw material
CN113087016A (en) Preparation method of rod-shaped bismuth sulfide/reduced graphene oxide composite material
CN111099650A (en) CeO2Molten salt method for synthesizing nano spherical particles
Ashoka et al. Nanostructural zinc oxide hollow spheres: A facile synthesis and catalytic properties
RU2323876C1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS
CN108514872A (en) A kind of preparation method for carbon nanotube base metal catalysts
CN109772394B (en) Phosphorus-doped carbon/cuprous oxide composite catalyst and preparation method and application thereof
Feng et al. Structural characterization and photocatalytic properties of ZnO by solid-state synthesis using aminated lignin template
CN116651489A (en) Magnetic modified three-dimensional flower-shaped N-Bi 2 O 2 CO 3 / g-C 3 N 4 Preparation method and application of photocatalytic material
CN105965009A (en) Preparation method of magnetic carbon-covering nano material
CN113912391B (en) Preparation method of spinel-structured zinc titanate nano powder, composition for curing radioactive waste and method for curing lanthanum oxide by using composition
Senthamilselvi et al. Microstructure and photocatalytic properties of bismuth oxide (Bi2O3) nanocrystallites
CN111569879B (en) Method for preparing silicate/carbon composite material by using attapulgite and application thereof
Naouel et al. Low temperature crystallization of a stable phase of microspherical MoO2
Zhang et al. Preparation and Catalytic Activity of M 2 O 3/CNTs (M= Y, Nd, Sm) Nanocomposites by Solvothermal Process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080829