ЗАЛІЗО-КАРБОНОВІ НАНОКОМПОЗИТИ НА ОСНОВІ СИНТЕТИЧНИХ ГУМІНОВИХ РЕЧОВИН ТА ЇХ МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/pcsd-2022-1-5Ключові слова:
синтетичні гумати, залізо, нанокомпозити, піроліз, аморфний карбонАнотація
Наночастинки металів інкапсульовані в карбонову матрицю становлять значний інтерес у зв’язку з перспективами їх використання при створенні нових матеріалів для техніки та медицини. Важливе значення для промисловості мають метал-карбонові нанокомпозити в складі яких містяться наночастинки перехідних металів. Метою роботи є синтез залізо-карбонового нанокомпозиту з використанням синтетичних гумінових речовин в якості джерела карбону та дослідження властивостей одержаного продукту. Залізо-карбоновий нанокомпозит було одержано шляхом піролізу ферум(ІІІ) гумату у атмосфері водню Н2. Використаний в роботі ферум(ІІІ) гумат було отримано осадженням з розчину синтетичного натрій гумату йонами Fe3+. Одержаний FeC-нанокомпозит охарактеризовано методом рентгенівської дифракції, рентгенофлюоресцентного аналізу та скануючої електронної мікроскопії. Встановлено, що отриманий залізо-карбоновий нанокомпозит містить металічне залізо з ГЦК та ОЦК граткою. Показано, що середній розмір частинок в інтервалі температур піролізу 300 – 1000 ºС змінюється від 9,8 до 52,5 нм. Масова частка нікелю у композиті при підвищенні температури синтезу збільшується від 29 до 41 %. Дослідження магнітних властивостей отриманих нанокомпозитів дозволило встановити, що в області температур менше 320 К вони володіють феромагнетизмом, а в області 320 К зазнають переходу в суперпарамагнітний стан. Важливим результатом дослідження є залежність питомої намагніченості зразків від вмісту заліза та розмірів наночастинок, що забезпечує можливість направленого регулювання магнітних характеристик при зміні параметрів синтезу.
Посилання
Al-Salih M., Samsudin S., Arshad S.S. Synthesis and characterizations iron oxide carbon nanotubes nanocomposite by laser ablation for anti-microbial applications. J Genet Eng Biotechnol. 2021. 18;19(1). Р. 76.
Bagheri M., Jafari S. M., Eikani M. H. Ultrasonic-assisted production of zero-valent iron-decorated graphene oxide/activated carbon nanocomposites: Chemical transformation and structural evolution. Materials Science and Engineering: C. 2021. 118. Р. 111362.
Bruk M. A., Zhikharev E. N., Grigoriev E. I., Spirin A. V., Kalnov V. A., Kardash I. E. Electron-beam-induced deposition of iron carbon nanostructures from iron dodecacarbonyl vapor. Micro- and Nanoelectronics. 2003. 5401. pp. 1–6.
Defilippi C., Mukadam M. O. A., Nicolae S. A., Lees M. R., Giordano C. Iron Carbide@Carbon Nanocomposites: A Tool Box of Functional Materials. Materials. 2019. 12. 323 p.
Fleaca C., Morjan I., Alexandrescu М, Dumitrache F., Soare I., Gavrila-Florescu L., Le Normand F., Faerber J. Carbon nanostructures from FeC nanocomposites by activated CVD methods. Phys. Status Solidi C. 2010. 7 (3–4). pp. 1269–1273.
Gu Z., Zhang B., Asakura Y., Tsukuda S., Kato H., Kakihana M., Yin S. Alkali-assisted hydro-thermal preparation of g-C3N4/rGO nanocomposites with highly enhanced photocatalytic NOx removal ac-tivity. Appl. Surf. Sci. 2020. 521. Р. 146213.
Herrmann I.K., Grass R.N., Stark W.J. High-strength metal nanomagnets for diagnostics and medicine: carbon shells allow long-term stability and reliable linker chemistry. Nanomedicine. 2009. 4(7). Р. 787-98.
Litvin V.A., Abi Njoh R. Quercetin as a precursor in the synthesis of analogues of fulvicacids and their antibacterial properties. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2021. 2. рp. 56–64
Litvin V.A., Abi Njoh R. Сopper-carbon nanocomposites based on synthetic humic substances. J. Chem. Technol. 2021. 29(1). рp. 19–30.
Litvin V.A., Galagan R.L. Synthesis and properties of Co-carbon nanocomposites using synthetic fulvic acids. Mater. Chem. Phys. 2017. 201. рp. 207–213.
Ruan Z., Ran J., Liu S., Chen Y., Wang X., Shi J., Zhu L., Zhao S., Lin J. Controllable preparation of magnetic carbon nanocomposites by pyrolysis of organometallic precursors, similar molecular structure but very different morphology, composition and properties. New J. Chem. 2021. 45. pp. 2044–2052.
Sajitha E. P., Prasad S. V. Subramanyam. Synthesis and characteristics of iron nanoparticles in a carbon matrix along with the catalytic graphitization of amorphous carbon. Carbon. 2004. 42. pp. 2815–2820.
Seung J. L., Jongjin J., Kim M. Synthesis of highly stable graphite-encapsulated metal (Fe, Co and Ni) nanoparticles. J. Mater. Sci. 2012. 47. pp. 8112–8117.
Shen Y. Carbothermal synthesis of metal-functionalized nanostructures for energy and environmental applications. J. Mater. Chem. A. 2015. 3. Р. 13114.
Zaporotskova I.A., Kozhitov L.V., Anikeev N.A., Davletova O.A., Popkova A.V., Muratov D.G., Yakushko E.V. Metal–carbon nanocomposites based on pyrolysed polyacrylonitrile. Modern Electronic Materials. 2015.1(2). pp. 43–49.
Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б., Юрков Г.Ю. Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства. Успехи химии. 2005. 74. 539 с.
Литвин В.А. Синтетичні аналоги природних гумінових речовин : монографія. Черкаси: видавець Чабаненко Ю.А., 2020. 230 с.
Мишин Д.Д. Магнитные материалы. Москва : Высщая школа. 1991. 383 с.
Носкова Н.И., Мулюков Р.Р. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 279 с.
Суздалев И.П. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наиоматериалов. Москва : КомКнига. 2005. 589 с.
Цурин В.А., Ермаков А.Е., Уймин М.А., Мысик А.А., Щеголева Н.Н., Гавико В.С., Майков В.В. Синтез, структура и магнитные свойства наночастиц железа и никеля, капсулированных в углерод. Физика твердого тела. 2014. 56(2). С. 287–300.
Чесноков В. В., Буянов Р. А. Особенности механизма образования углеродных нанонитей с различной кристаллографической структурой из углеводородов на катализаторах содержащих металлы подгруппы железа. Критические технологии. Мембраны. 2005. 4(28). С. 75–79.
