Выпуски МФиНТ »  Том 44, выпуск 3

Плазмохимический синтез платиносодержащих углеродных наноструктур, пригодных для 3$D$-печати CJP

Ал. Д. Золотаренко$^{1}$, Е. П. Рудакова$^{2}$, Н. Е. Аханова$^{3}$, Ан. Д. Золотаренко$^{1,2}$, Д. В. Щур$^{2}$, М. Т. Габдуллин$^{3,4}$, М. Уалханова$^{4}$, М. Султангазина$^{4}$, Н. А. Гаврылюк$^{1}$, М. В. Чимбай$^{2}$, А. Д. Золотаренко$^{2}$, И. В. Загорулько$^{5}$, Ю. А. Тарасенко$^{1}$

$^{1}$Институт химии поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины, ул. Генерала Наумова, 17, 03164 Киев, Украина
$^{2}$Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
$^{3}$Казахстанско-британский технический университет, ул. Толе би, 59, 050000 Алматы, Республика Казахстан
$^{4}$Казахский национальный университет имени Аль-Фараби, просп. Аль-Фараби, 71, 050040 Алматы, Республика Казахстан
$^{5}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 02.02.2022. Скачать: PDF

Методом плазмохимического синтеза графита марки МПГ-7 в среде гелия и с применением катализатора (Pt) созданы углеродные наноматериалы (УНМ), содержащие платину: фуллерены, нанокомпозиты, графены, одностенные углеродные нанотрубки (ОВНТ) и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ). Проведены исследования на микро- и наноуровнях морфологии и структуры формируемых на катоде материалов. Изучено влияние паров платины на формирование наноструктур. Методом рентгеновского микроанализа установлено содержание платины и исследовано её распределение в каждой из составных частей полученного депозита и пристенной сажи. Проведён дифференциально-термический анализ УНМ на воздухе методами TG, DTG, DTA и по различиям значений термостойкости идентифицирован состав продуктов синтеза. Предварительные результаты показывают, что синтезированные платиносодержащие углеродные наноструктуры пригодны для технологии 3$D$-печати CJP (печать керамикой) и позволяют создать электроды для топливного элемента водородного цикла без нанесения слоя платинового (Pt) катализатора. Сегодня это ключ к созданию дешёвых топливных ячеек для водородной энергетики.

Ключевые слова: нанотехнология, углеродные наноструктуры (УНС), платина (Pt), фуллерены, нанокомпозиты, нанотрубки, графены, депозит, плазма, электродуговой синтез, плазмохимический синтез, 3$D$-печать, технология CJP.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v44/i03/0343.html

PACS: 61.78 De, 62.23 Pq, 82.45 Xy

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. D. V. Schur, Z. A. Matysina, and S. Yu. Zaginaichenko, Vuglecevi Nanomaterialy i Fazovi Peretvorennya v Nykh: Monografiya [Carbon Materials and Phase Transformations in Them: Monograph] (Dnipropetrovsk: Nauka i Osvita: 2007) (in Ukrainian).
  2. D. V. Schur and V. A. Lavrenko, Vacuum, 44, No. 9: 897 (1993). Crossref
  3. D. V. Schur, A. Veziroglu, S.Y. Zaginaychenko, Z. A. Matysina, T. N. Veziroglu, M. T. Gabdullin, T. S. Ramazanov, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 44, No. 45: 24810 (2019). Crossref
  4. Z. A. Matysina, S. Y. Zaginajchenko, D. V. Shhur, A. D. Zolotarenko, Al. D. Zolotarenko, and T. M. Gabdullin, Al’ternativnaya Energetika i Ekologiya, 13–15: 37 (2017) (in Russian). Crossref
  5. Z. A. Matysina, S. Y. Zaginaichenko, D. V. Schur, T. N. Veziroglu, A. Veziroglu, M. T. Gabdullin, Al. D. Zolotarenko, and An. D. Zolotarenko, Int. J. Hydrogen Energy, 43, No. 33: 16092 (2018). Crossref
  6. Z. A. Matysina, S. Y. Zaginaichenko, D. V. Schur, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, and M. T. Gabdullin, Russian Physics Journal, 61, No. 2: 253 (2018). Crossref
  7. N. S. Anikina, D. V. Schur, S. Y. Zaginaichenko, A. D. Zolotarenko, and O. Ya. Krivushenko, Proc. of 10th International Conference ‘Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials’ (Sept. 22–28, 2007) (Ukraine, Crimea, Sudak: 2007), p. 676.
  8. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaychenko, and D. V. Schur, Rastvorimost’ Primesey v Metallakh, Splavakh, Intermetallidakh, Fulleritakh [Solubility of Impurities in Metals, Alloys, Intermetallics, Fullerites] (Dnepropetrovsk: Nauka i Obrazovanie: 2006) (in Russian).
  9. D. V. Schur, S. Y. Zaginaichenko, A. F. Savenko, V. A. Bogolepov, N. S. Anikina, A. D. Zolotarenko, Z. A. Matysina, N. Veziroglu, and N. E. Scryabina, Int. J. Hydrogen Energy, 36, No. 1: 1143 (2011). Crossref
  10. D. V. Schur, A. A. Lyashenko, V. M. Adejev, V. B. Voitovich, and S. Yu. Zaginaichenko, Int. J. Hydrogen Energy, 20, 5: 405 (1995). Crossref
  11. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginaichenko, and D. V. Schur, Int. J. Hydrogen Energy, 21, Nos. 11–12: 1085 (1996). Crossref
  12. Yu. M. Lytvynenko, and D. V. Schur, Renewable Energy, 16, No. 1: 753 (1999). Crossref
  13. Z. A. Matysina, S. Yu. Zaginajchenko, D. V. Schur, A. Viziroglu, T. N. Viziroglu, M. T. Gabdullin, N. F. Dzhavadov, Al. D. Zolotarenko, and An. D. Zolotarenko, Vodorod v Kristallakh [Hydrogen in Crystals] (Kyiv: KIM: 2017) (in Russian).
  14. Z. A. Matysina, S. Y. Zaginajchenko, D. V. Shhur, A. D. Zolotarenko, Al. D. Zolotarenko, and T. M. Gabdullin, Al’ternativnaya Energetika i Ekologiya, 13–15: 37 (2017) (in Russian). Crossref
  15. S. Iijima, Nature, 354: 56 (1991). Crossref
  16. N. Sano, H. Wang, M. Chhowalla, I. Alexandrou, and G. A. J. Amaratunga, Nature, 414: 506 (2001). Crossref
  17. H. Lange, M. Sioda, A. Huczko, Y. Q. Zhu, H. W. Kroto, and D. R. M. Walton, Carbon, 41, 8: 1617 (2003). Crossref
  18. Y. Zheng, M. Nishikita-Gano, C. Xiao, and T. Ando, Jpn. J. Appl. Phys., 41: L408 (2002). Crossref
  19. O. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, M. T. Kartel’, G. O. Kalenuk, A. D. Zolotarenko, D. V. Schur, and Yu. O. Tarasenko, Poverhnya, 12, No. 27: 263 (2020). Crossref
  20. E. I. Golovko, A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, G. A. Vojchuk, A. D. Zolotarenko, V. M. Adeev, A. V. Kotko, A. J. Koval’, S. A. Firstov, D. V. Schur, O. V. Mil’to, and S. Yu. Zaginaychenko, Trudy IX Mezhdunarodnoy Konferencii ‘Vodorodnoe Materialovedenie i Khimiya Uglerodnyh Nanomaterialov’ (Sevastopol’, Krym, Ukraine: 2005), p. 1014 (in Russian).
  21. Yu. M. Shulga, D. V. Schur, S. A. Baskakov, A. P. Simanovskiy, A. A. Rogozinskaya, A. A. Rogozinskiy, and A. P. Mukhachev, Proc. of NATO ARW ‘Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials’, 172: 137 (2004). Crossref
  22. D. V. Schur, A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, O. P. Zolotarenko, M. V. Chimbai, N. Y. Akhanova, M. Sultangazina, and E. P. Zolotarenko, Phys. Sci. Technol., 6, Nos. 1–2: 46 (2019). Crossref
  23. A. A. Volodin, A. D. Zolotarenko, A. A. Bel’mesov, E. V. Gerasimova, D. V. Schur, V. R. Tarasov, S. Yu. Zaginaichenko, S. V. Doroshenko, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 12, No. 4: 705 (2014) (in Russian).
  24. V. A. Lavrenko, I. A. Podchernyaeva, D. V. Shchur, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Powder Metall. Metal Ceramics, 56, Nos. 9–10: 504 (2018). Crossref
  25. V. V. Strelko, V. V. Nemoshkalenko, N. T. Kartel, and S. L. Medvedev, Adsorption and Adsorbents, 11: 76 (1983).
  26. M. T. Kartel, L. V. Ivanov, S. N. Kovalenko, and V. P. Tereschenko, Carbon Nanotubes: Biorisks and Biodefence, 11 (2011). Crossref
  27. O. I. Zakutevskii, T. S. Psareva, V. V. Strelko, and N. T. Kartel’, Radiochemistry, 49, 1: 67 (2007). Crossref
  28. M. T. Kartel, L. V. Ivanov, O. M. Lyapunov, O. A. Nardid, A. V. Okotrub, I. A. Kirilyuk, and Y. O. Cherkashina, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 3 (2015).
  29. K. Kulyk, B. Palianytsia, J. D. Alexander, L. Azizova, M. Borysenko, M. Kartel, M. Larsson, and T. Kulik, Chem. Phys. Chem., 18, Iss. 14: 1943 (2017). Crossref
  30. L. V. Ivanov, A. N. Lyapunov, N. T. Kartel, O. A. Nardid, A. V. Okotrub, I. A. Kirilyuk, and Ya. O. Cherkashina, Surface, 6, 21: 292 (2014).
  31. N. T. Kartel, A. M. Puzy, and V. V. Strelko, Studies in Surface Science and Catalysis, 62: 439 (1991). Crossref
  32. S. I. Ryabov, G. D. Shostka, B. G. Lukichev, V. V. Strelko, V. N. Spiridonov, N. T. Kartel, and A. B. Scherbitsky, International Urology and Nephrology, 16, No. 4: 345 (1984). Crossref
  33. V. M. Gun’ko, V. V. Turov, E. M. Pakhlov, A. K. Matkovsky, T. V. Krupska, M. T. Kartel, and B. Charmas, J. Non-Cryst. Sol., 500: 351 (2018). Crossref
  34. G. S. Gunko, Yu. I. Sementsov, O. V. Melezhik, G. P. Prikhod’ko, M. L. Pyatkovskiy, N. A. Gavrylyuk, and M. T. Kartel, International Meeting «Clusters and nanostructured materials», Uzhgorod, Ukraine, p. 158 (2009).
  35. M. Ualkhanova, A. Y. Perekos, A. G. Dubovoy, D. V. Schur, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, N. A. Gavrylyuk, M. T. Gabdullin, T. S. Ramazanov, N. Akhanova, and S. Orazbayev, J. Nanosci. Nanotechnol. Applications, 3, No. 3: 1 (2019). Crossref
  36. H. W. Zhu, X. S. Li, B. Jiang, C. L. Xu, Y. F. Zhu, D. H. Wu, and X. H. Chen, Chem. Phys. Lett., 366: 664 (2002). Crossref
  37. A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, G. A. Voichuk, A. D. Zolotarenko, V. M. Adeev, A. V. Korotko, A. Yu. Koval’, S. A. Firstov, D. V. Schur, O. V. Mil’to, S. Yu. Zaginajchenko, and G. I. Golovko, Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 3, No. 4: 1133 (2005) (in Russian).
  38. D. V. Schur, A. G. Dubovoy, A. F. Savenko, and S. Yu. Zaginaichenko, Abstracts of International Conference on Carbon ‘Carbon’04’ (July 11–16, 2004) (USA, Providence, Rhode Island: 2004), p. 187.
  39. D. V. Schur, A. G. Dubovoy, S. Yu. Zaginaichenko, V. M. Adejev, A. V. Kotko, V. A. Bogolepov, A. F. Savenko, and A. D. Zolotarenko, Carbon, 45, No. 6: 1322 (2007). Crossref
  40. N. S. Koprinarov, M. A. Constantinova, G. V. Pchelarov, and M. V. Marinov, J. Crystal Growth, 171: 111 (1997). Crossref
  41. Ol. D. Zolotarenko, Fiziko-Khimichni Osoblyvosti Syntezu Me–C Nanokompozytiv na Osnovi Fe ta Ni [Physico-Chemical Features of the Synthesis of Me–C Nanocomposites Based on Fe and Ni] (Thesis of Disser. for Dr. Chem. Sci.) (Kyiv: Institute for Problems of Material Science, N.A.S.U.: 2014) (in Ukrainian).
  42. L. P. Biro, Z. E. Horvath, L. Szalmas, K. Kertesz, F. Weber, G. Juhasz, G. Radnoczi, and J. Gyulai, Chem. Phys. Lett., 372: 399 (2003).
  43. V. A. Lavrenko, I. A. Podchernyaeva, D. V. Shchur, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Powder Metall. Metal Ceramics, 56, Iss. 9–10: 504 (2018). Crossref
  44. Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, V. A. Lavrenko, S. Yu. Zaginaichenko, N. A. Shvachko, O. V. Milto, V. B. Molodkin, A. E. Perekos, V. M. Nadutov, and Yu. A. Tarasenko, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. NATO Science Peace Security Series C (Netherlands: Springer: 2011), vol. 2. Crossref
  45. A. D. Zolotarenko, Fizyko-Khimichni Osoblyvosti Syntezu Vuhletsevykh Nanochastynok pry Dugovomu Rozryadi v Ridkiy Fazi [Physico-Chemical Features of the Synthesis of Carbon Nanoparticles in the Arc Discharge in the Liquid Phase] (Thesis of Disser. for Dr. Chem. Sci.) (Kyiv: Institute for Problems of Material Science, N.A.S.U.: 2014) (in Ukrainian).
  46. A. G. Dubovoj, A. E. Perekos, V. A. Lavrenko, Yu. M. Rudenko, and T. V. Efimova, Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 11, No. 2: 131 (2013) (in Russian).
  47. S. Yu. Zaginajchenko, D. V. Schur, M. T. Gabdullin, N. F. Dzhavadov, Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, A. D. Zolotarenko, S. H. Mamedova, G. D. Omarova, and Z. T. Mamedova, Al’ternativnaya Energetika i Ekologiya (ISJAEE), No. 19–21: 72 (2018) (in Russian). Crossref
  48. N. S. Anikina, S. Yu. Zaginaichenko, M. I. Maistrenko, A. D. Zolotarenko, G. A. Sivak, and D. V. Schur, Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. NATO Science Series II, 172: 207 (2005). Crossref
  49. A. D. Zolotarenko D. V. Schur, S. Yu. Zaginajchenko, N. S. Anikina, Z. A. Matysina, O. Ya. Krivushhenko, V. V. Skorohod, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Kniga Tezisov XI Mezhd. Konf. ‘Vodorodnoe Materialovedenie i Khimiya Uglerodnykh Nanomaterialov (Ukraine, Crimea, Yalta: 2009), p. 606 (in Russian).
  50. N. S. Anikina, O. Ya. Krivushhenko, D. V. Schur, S. Yu. Zaginajchenko, S. S. Chuprov, K. A. Mil’to, and A. D. Zolotarenko, Proc. of X Int. Conf. ‘Hydrogen Material Science and Chemistry of Metal Hydrides’ (Sept. 5–11, 2005) (Ukraine, Crimea, Sevastopol), p. 848 (in Russian).
  51. N. S. Anikina, D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, and A. D. Zolotarenko, Proc. of 10th International Conference ‘Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials’ (Sept. 22–28, 2007) (Ukraine, Crimea, Sudak: 2007), p. 680.
  52. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, A. D. Zolotarenko, and T. N. Veziroglu, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. NATO Science Series, 85 (2008).
  53. D. V. Schur, S. Yu. Zaginaichenko, E. A. Lysenko, T. N. Golovchenko, and N. F. Javadov, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems (2008).
  54. D. V. Schur, N. S. Astratov, A. P. Pomytkin, and A. D. Zolotarenko, Trudy VIII Mezhdunarodnoy Konferentsii Vodorodnoe Materialovedenie i Khimiya (Sept. 14–20, 2003) (Ukraine, Crimea, Sudak: 2003), p. 424 (in Russian).
  55. Ol. D. Zolotarenko, O. P. Rudakova, N. E. Ahanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Schur, M. T. Gabdullin, M. Ualhanova, N. A. Gavriluk, M. V. Chimbaj, Yu. O. Tarasenko, I. V. Zagorulko, and O. D. Zolotarenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 10: 1417 (2021) (in Ukrainian). Crossref
  56. A. A. Volodin, A. D. Zolotarenko, A. A. Bel’mesov, E. V. Gerasimova, D. V. Schur, V. R. Tarasov, S. Yu. Zaginaichenko, S. V. Doroshenko, An. D. Zolotarenko, and Al. D. Zolotarenko, Nanosytstemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 12, No. 4: 705 (2014).
  57. Yu. M. Shul’ga, S. A. Baskakov, A. D. Zolotarenko, E. N. Kabachkov, and V. E. Muradjan, Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 11, No. 1: 0161 (2013) (in Russian).
  58. Yu. I. Sementsov, N. A. Gavriluk, G. P. Prikhod’ko, and T. A. Aleksyeyeva, Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems, 327 (2008).
  59. Yu. I. Sementsov, N. A. Gavrilyuk, G. P. Prikhod’ko, and A. V. Melezhyk, Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials, 757 (2007).
  60. G. P. Prihod’ko, N. A. Gavriljuk, L. V. Dijakon, N. P. Kulish, A. V. Melezhik, and Yu. I. Semencov, Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii, 4: 1081 (2006) (in Russian).
  61. N. E. Ahanova, D. V. Schur, N. A. Gavriluk, M. T. Gabdullin, N. S. Anikina, An. D. Zolotarenko, O. Ya. Krivushhenko, Al. D. Zolotarenko, B. M. Gorelov, E. Erlanuli, and D. G. Batrishev, Khimiya, Fizika ta Tekhnologiya Poverkhni, 11, No. 3: 429 (2020) (in Ukrainian). Crossref
  62. I. P. Dmytrenko, N. P. Kulish, L. V. Diyakon, N. I. Belyi, L. A. Bulavin, and I. Yu. Prylutskyy, Proc. of 8th Biennial Int. Workshop Fullerenes and Atomic Clusters IWFAC, (2007), p. 178.
  63. Yu. Sementsov, N. Gavriluk, T. Aleksyeyeva, and O. Lasarenko, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 5, No. 2: 351 (2007).
  64. L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, O. O. Lytvynenko, V. F. Onyshchenko, K. A. Parshyn, and O. J. Stronska, Adv. Mater. Lett., 8, 4: 336 (2017). Crossref
  65. Yu. I. Sementsov, T. A. Alekseeva, M. L. Pyatkovskiy, G. P. Prihod’ko, N. A. Gavriluk, N. T. Kartel, Yu. E. Grabovs’kiy, V. F. Gorchev, and A. Yu. Chunihin, Proc. of ICHMS’2009 ‘Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials’ (Ukraine, Crimea, Sevastopol’: 2009), p. 782.
  66. Bol’shaya Sovetskaya Entsiklopediya [Great Soviet Encyclopedia] (Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya: 1969–1978) (in Russian).
  67. Ol. Zolotarenko, E. Rudakova, An. Zolotarenko, D. Schur, and M. Chymbai, Proc. of IX International Scientific and Practical Conference ‘Trends of Development Modern Science and Practice’ (November 16–19, 2021, Stockholm), p. 107.
  68. Al. D. Zolotarenko, An. D. Zolotarenko, Yu. I. Sementsov, D. V. Schur, N. A. Gavrylyuk, A. D. Zolotarenko, Yu. A. Tarasenko, and E. P. Rudakova, Proc. of 7th International Materials Science Conference HighMatTech-2021 (October 5–7, 2021, Kyiv, Ukraine), p. 13.

Лицензия Creative Commons
Эта статья доступна по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная
© 2000–2022 «Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины»