Электропроводные композиты на основе оксидов металлов и углеродных наноструктур
Ал. Д. Золотаренко1, Е. П. Рудакова2, Н. Е. Аханова3,4, Ан. Д. Золотаренко2, Д. В. Щур2, М. Т. Габдуллин3, М. Уалханова4, Н. А. Гаврылюк1, М. В. Чимбай2, Ю. О. Тарасенко1, И. В. Загорулько5, А. Д. Золотаренко2
1Институт химии поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины, ул. Генерала Наумова, 17, 03164 Киев, Украина
2Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
3Казахстанско-британский технический университет, ул. Толе би, 59, 050000 Алматы, Республика Казахстан
4Казахский национальный университет имени Аль-Фараби, просп. Аль-Фараби, 71, 050040 Алматы, Республика Казахстан
5Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
Получена: 20.07.2021. Скачать: PDF
Получены электропроводящие углеродно-оксидные композиты на основе Al2O3 и TiO2, предназначенные для 3D-печати (CJP) и исследованы зависимости удельной проводимости полученных композитов от условий получения и типов используемых углеродных наноструктур (УНС). Методом просвечивающей электронной микроскопии исследована структура и фазовый состав образцов, а их поверхность изучена с использованием автоэмиссионного растрового электронного микроскопа. Электропроводность материалов определяли на потенциостате. Определены оптимальные условия формирования композитов на основе оксидов Al2O3 или TiO2 с УНТ и нановолокнами путём обработки смесей в планетарном шаровом смесителе, которые идеально подходили бы для приготовления материалов для 3D-печати (CJP). Установлена зависимость электропроводности композитов от содержания углеродных наноматериалов (1–5% мас.). Показано, что добавление 3% мас. УНТ к оксидам приводит к резкому увеличению электропроводности от 5,0⋅10−8 до 2,8⋅10−4 См/см для Al2O3 и от 5,0⋅10−6 до 2,2⋅10−2 См/см для TiO2. Доказано, что композиты на основе оксида углерода являются перспективными носителями катализаторов электродных процессов в электрохимических устройствах. Выявлено, что катализатор Pt/TiO2–УНТ с содержанием УНТ 5% мас. имеет наилучшую каталитическую активность в восстановлении кислорода в моделирующем электрод-катоде топливного элемента. Технология 3D-печати (CJP) электропроводящего композита (керамика-УНТ) может быть использована для модификации керамических топливных элементов. Кроме того, использование технологии CJP позволит удешевить производство электродов для топливных элементов. Композит с 5% мас. УНТ является наиболее эффективным. Композит с содержанием УНТ 3% мас. имеет меньшее количество протяжённых углеродных структур, что обеспечивает перенос электронов, а в образцах с 15% мас. и 50% мас. УНТ низкая эффективность Pt-катализатора может быть связана с трудностями контакта реакционной среды из-за большого количество углеродного материала.
Ключевые слова: углеродные наноструктуры, нанокомпозиты углерод-керамика (Al2O3 и TiO2), электропроводность, каталитическая активность, Pt/TiO2–УНТ, 3D-печать CJP.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i10/1417.html
PACS: 61.46.Fg, 62.23.Hj, 62.23.Pq, 81.20.Wk, 82.45.Xy