Випуски МФіНТ »  Том 44, випуск 3

Плазмохемічна синтеза платиновмісних вуглецевих наноструктур, придатних для 3$D$-друку CJP

Ол. Д. Золотаренко$^{1}$, О. 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. Султангазіна$^{4}$, Н. А. Гаврилюк$^{1}$, М. В. Чимбай$^{2}$, О. Д. Золотаренко$^{2}$, І. В. Загорулько$^{5}$, Ю. О. Тарасенко$^{1}$

$^{1}$Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164 Київ, Україна
$^{2}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Казахстансько-британський технічний університет, вул. Толе бі, 59, 050000 Алмати, Республіка Казахстан
$^{4}$Казахський національний університет імені Аль-Фарабі, просп. Аль-Фарабі, 71, 050040 Алмати, Республіка Казахстан
$^{5}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 02.02.2022. Завантажити: PDF

Методом плазмохемічної синтези графіту марки МПГ-7 у середовищі гелію та із застосуванням каталізатора (Pt) створено вуглецеві наноматеріали (ВНМ), що містять платину: фулерени, нанокомпозити, графени, одностінні вуглецеві нанотрубки (ОВНТ) та багатостінні вуглецеві нанотрубки (БВНТ). Проведено дослідження на мікро- та нанорівнях морфології та структури матеріалів, які формуються на катоді, і вивчено вплив парів платини на формування наноструктур. Методом рентґенівського мікроаналізу встановлено вміст платини та досліджено її розподіл у кожній із складових частин одержаного депозиту та пристінній сажі. Проведено диференціально-термічний аналіз ВНМ на повітрі методами TG, DTG, DTA та за відмінностями значень термостійкості ідентифіковано склад продуктів синтези. Попередні результати показують, що такі синтезовані платиновмісні вуглецеві наноструктури придатні для технології 3$D$-друку CJP (друк керамікою) та дозволяють створити електроди для паливного елементу водневого циклу без нанесення шару платинового (Pt) каталізатора. Сьогодні це ключ до створення дешевих паливних комірок для водневої енергетики.

Ключові слова: нанотехнологія, вуглецеві наноструктури (ВНС), платина (Pt), фулерени, нанокомпозити, нанотрубки, графени, депозит, плазма, електродугова синтеза, плазмохемічна синтеза, 3$D$-друк, технологія CJP.

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

PACS: 61.78 De, 62.23 Pq, 82.45 Xy

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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.

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 2000–2022 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»