Функциональные материалы, наноматериалы и технологиипо теме:Новые гибридные функциональные наноматериалы с уникальными электрофизическими и эксплуатационными характеристиками на основе модифицированных полимерным связующим многостенных углеродных нанотрубок (заключительный)

Получены многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) с коническим (Ni-прекурсор) и цилиндрическим (Fe-прекурсор) расположением графеновых слоев. Для функционализации поверхности обоих типов МУНТ использовали HNO₃ и H₂O₂ с ультразвуковой активацией, озонирование в плазме тлеющего разряда кислорода и обработку жидким озоном. С помощью методов термического и элементного анализа выявлено, что наибольшее содержание функциональных групп достигается в образцах, обработанных азотной кислотой, при этом конические углеродные нанотрубки (УНТ) функционализируются по поверхности. Установлено, что наибольшее содержание карбоксильных групп достигается при функционализации УНТ с коническим расположением графеновых слоев, при этом окисление конических УНТ азотной кислотой сопровождается образованием равномерно распределенных по поверхности кислородсодержащих групп с последующей фрагментацией и деструкцией материала. Обработка цилиндрических УНТ приводит к окислению по местам дефектов, за которым следует уменьшение толщины трубок, что изменяет структуру пор материала. С целью получения новых гибридных материалов с уникальным эксплуатационными характеристиками двустадийным синтезом получен композит на основе модифицированных УНТ и карборан-силоксановой соли C₂₂H₅₈B₁₀Si₂N₂O₁₀. Выявлено относительно однородное распределение кремния по поверхности материла. Показано, что характер взаимодействия карборан-силоксановой соли с поверхностью УНТ представляет собой нековалентное связывание. Методом искрового плазменного спекания проведено допирование УНТ атомами бора. Методами ПЭМ и РФЭС изучено распределение бора по поверхности углеродного материала, а также его химическое окружение. Установлено, с ростом содержания бора в спекаемом материале происходит увеличение доли связи В – С. Получены композиты на основе УНТ и металлов – Co, Ni и Fe. Нанесение металлических наночастиц Co и Ni на УНТ осуществлено с использованием метода постсинтетического допирования, Fe – прямым инжектированием углеводородов, содержащих предшественник металла. Показано, что при определенном количестве Fe-содержащего прекурсора и скорости потока в реакторе возможно образование композитов с частицами металлов нанометровых размеров в канале УНТ; дополнительное введение металла возможно при последующей импрегнации из растворов солей с последующим восстановлением. При этом превалирующий размер пор определяет размер наночастиц. Полученные композиты с наночастицами кобальта и никеля размером около 4 нм оказались эффективными в процессах восстановительной конверсии оксидов углерода и каталитической конверсии 1,2-дихлорэтана соответственно. Показано, что сами УНТ достаточно эффективны в конверсии алифатических спиртов. Получены МУНТ с коническим (Ni-прекурсор) и цилиндрическим (Со, Fe-прекурсоры) расположением графеновых слоев, модифицированные металлическими наночастицами внутриканально и по поверхности. Для функционализации поверхности обоих типов нанотрубок использовали HNO₃ и обработку жидким озоном. С использованием методов термического и элементного анализа установлено, что наибольшее содержание функциональных групп достигается в образцах, обработанных азотной кислотой, при этом лишь конические МУНТ функционализируются по поверхности. Для обеспечения аналогичного результата для цилиндрических структур целесообразно применять обработку озоном. Достаточно интересным явился факт того, что карбоксилированные МУНТ оказались активны в катализе. Полученные с использованием импульсной микрокаталитической установки результаты показывают, что конверсия 1,2-дихлорэтана на карбоксилированных УНТ протекает по механизму гидродихлорирования и дегидрохлорирования. В аналогичных условиях содержащие большее количество функциональных групп детонационные наноалмазы обеспечивают механизм дехлорирования. Установлено, что вклад в каталитическую активность материала вносят как сама тубулярная структура трубки, содержащая дефекты, так и функциональные группы на ней. Аналогичным образом УНТ оказались достаточно эффективны в конверсии алифатических спиртов. Показано, что для первичных спиртов предпочтительным является дегидрогенизация, а для вторичных - преобладают продукты дегидратации. Установлено также, что карбоксилирование МУНТ способствует стабилизации частиц металла на их поверхности. Дополнительное введение металла возможно импрегнацией из спиртовых растворов их нитратов с последующим восстановлением. Получаемые таким образом металл-углеродные нанокомпозиты, содержащие до 20% металла, в частности кобальта, также оказались активны в катализе - в процессах восстановительной конверсии оксидов углерода. С этой же точки зрения интересной оказалась комбинация УНТ с металлоксидными системами, например Al₂O₃. Их получали непосредственно при росте нанотрубок на оксиде этого металла, а также декорированием в гексан-водном флюиде.