RU2552454C2 - METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C - Google Patents

METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C Download PDF

Info

Publication number
RU2552454C2
RU2552454C2 RU2013144861/05A RU2013144861A RU2552454C2 RU 2552454 C2 RU2552454 C2 RU 2552454C2 RU 2013144861/05 A RU2013144861/05 A RU 2013144861/05A RU 2013144861 A RU2013144861 A RU 2013144861A RU 2552454 C2 RU2552454 C2 RU 2552454C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pan
feco
temperature
minutes
nanoparticles
Prior art date
Application number
RU2013144861/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013144861A (en
Inventor
Лев Васильевич Кожитов
Дмитрий Геннадьевич Муратов
Владимир Валентинович Козлов
Владимир Григорьевич Костишин
Алена Васильевна Попкова
Сергей Львович Кожитов
Егор Владимирович Якушко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2013144861/05A priority Critical patent/RU2552454C2/en
Publication of RU2013144861A publication Critical patent/RU2013144861A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552454C2 publication Critical patent/RU2552454C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemistry and nanotechnology. The method includes first preparing a solution of polyacrylonitrile (PAN) and acetyl acetonate Fe(CH3COCH=C(CH3)O)3·6H2O in dimethyl formamide at 40°C; adding cobalt acetate solution Co(CH3COO)2·4H2O to the dimethyl formamide; concentration of PAN is 5% of the weight of dimethyl formamide and concentration of iron and cobalt is 5-20% and 5-20% of the weight of PAN, respectively; holding the solution until complete dissolution of all components, followed by removal of dimethyl formamide by evaporation at temperature not higher than 70°C. The obtained solid residue is heated with high-intensity infrared radiation by holding for 15 minutes at 150°C-200°C and then for 10 minutes at final temperature of 600-800°C. Heating the solid residue at all steps is carried out at a rate of 20°C/min at pressure in the reaction chamber of 10-2-10-3 mmHg. The obtained metal-carbon nanocomposite FeCo/C contains FeCo nanoparticles with size of 5-50 nm.
EFFECT: avoiding the need to use additional reducing agents.
1 tbl, 3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области химии и нанотехнологиям синтеза наночастиц металла (сплава) в составе нанокомпозитов FeCo/C.The invention relates to the field of chemistry and nanotechnology for the synthesis of metal nanoparticles (alloys) in the composition of FeCo / C nanocomposites.

Способ синтеза металлоуглеродных нанокомпозитов на основе полимеров (ПАН) и различных соединений металлов позволяет без использования сложного технологического оборудования получать многофункциональные материалы, при этом возможно достаточно простое управление электрофизическими, физико-химическими, магнитными свойствами получаемых материалов.A method for the synthesis of metal-carbon nanocomposites based on polymers (PAN) and various metal compounds makes it possible to obtain multifunctional materials without the use of sophisticated technological equipment, and it is quite simple to control the electrophysical, physicochemical, magnetic properties of the materials obtained.

Известно в настоящее время несколько способов синтеза наночастиц Fe-Co-сплавов. В работе [Yong Yang, Cailing Xu, Yongxin Xia, Tao Wang, Fashen Li. Synthesis and microwave absorption properties of FeCo nanoplates // Journal of Alloys and Compounds. 2010. V. 493. P. 549-552] предложена методика синтеза наноразмерных пластин, содержащих сплав FeCo. Нанопластины получают с помощью восстановления в гидразин-гидрате N2H4·H2O в присутствии NaOH солей FeSO4·7H2O и CoCl2·6H2O, предварительно растворенных в дистиллированной воде. Наряду с преимуществами (простота метода синтеза и несложное аппаратурное оформление процессов) метод обладает и рядом существенных недостатков. Так, в полученных наноматериалах присутствует значительное количество окисных форм металла, что требует проведения в дальнейшем процесса восстановления, причем наночастицы металла будут за счет процессов агломерации существенно увеличиваться в размерах.Several methods are currently known for the synthesis of nanoparticles of Fe-Co alloys. In [Yong Yang, Cailing Xu, Yongxin Xia, Tao Wang, Fashen Li. Synthesis and microwave absorption properties of FeCo nanoplates // Journal of Alloys and Compounds. 2010. V. 493. P. 549-552] a method for the synthesis of nanosized plates containing FeCo alloy is proposed. Nanoplates are obtained by reduction in hydrazine hydrate N 2 H 4 · H 2 O in the presence of NaOH salts of FeSO 4 · 7H 2 O and CoCl 2 · 6H 2 O, previously dissolved in distilled water. Along with the advantages (simplicity of the synthesis method and the simple hardware design of the processes), the method also has a number of significant disadvantages. So, in the obtained nanomaterials there is a significant amount of oxide forms of the metal, which requires a further reduction process, and metal nanoparticles will significantly increase in size due to agglomeration processes.

Методика [М. Hesani, A. Yazdani, В. Abedi Ravan, М. Ghazanfari The effect of particle size on the characteristics of FeCo nanoparticles // Solid State Communications. 2010. V. 150. P. 594-597] позволяет синтезировать наночастицы сплава FeCo очень малых размеров из совместного раствора FeCl3·6H2O и CoCl2·6H2O в воде, но с использованием сложной восстановительной системы, включающей Na2BO4. К недостаткам метода следует отнести то, что полученные наночастицы требуют дальнейшей стабилизации путем покрытия их различными поверхностно-активными веществами с целью изолирования наночастиц как от воздействия кислорода воздуха, так и для создания препятствия процессам агломерации.Methodology [M. Hesani, A. Yazdani, B. Abedi Ravan, M. Ghazanfari The effect of particle size on the characteristics of FeCo nanoparticles // Solid State Communications. 2010. V. 150. P. 594-597] allows us to synthesize very small FeCo alloy nanoparticles from a joint solution of FeCl 3 · 6H 2 O and CoCl 2 · 6H 2 O in water, but using a complex reduction system including Na 2 BO 4 . The disadvantages of the method include the fact that the obtained nanoparticles require further stabilization by coating them with various surfactants in order to isolate the nanoparticles both from exposure to atmospheric oxygen and to interfere with agglomeration processes.

С другой стороны, в методике [Chen Wang, Ruitao Lv, Zhenghong Huang, Feiyu Kang, Jialin Gu. Synthesis and microwave absorbing properties of FeCo alloy particles/graphite nanoflake composites // Journal of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. P. 494-498] рассматривается один из вариантов синтеза металлоуглеродного нанокомпозита на основе терморасширенного графита, включающего наночастицы сплава на развитой поверхности. Нанокомпозит получают путем процессов эксфолиации графита под действием ультразвука в присутствии FeSO4 и CoSO4. При этом к недостаткам метода стоит отнести необходимость измельчения графита, использование мощного ультразвукового оборудования для процессов эксфолиации графита, использование смеси концентрированных азотной и серной кислоты, нагрев до существенных температур (порядка 600°C), сложность контроля размера и фазового состава наночастиц.On the other hand, in the methodology [Chen Wang, Ruitao Lv, Zhenghong Huang, Feiyu Kang, Jialin Gu. Synthesis and microwave absorbing properties of FeCo alloy particles / graphite nanoflake composites // Journal of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. P. 494-498], one of the options for the synthesis of a metal-carbon nanocomposite based on thermally expanded graphite, including nanoparticles of an alloy on a developed surface, is considered. The nanocomposite is obtained by exfoliation of graphite under the action of ultrasound in the presence of FeSO 4 and CoSO 4 . In this case, the disadvantages of the method include the need for grinding graphite, the use of powerful ultrasonic equipment for exfoliation of graphite, the use of a mixture of concentrated nitric and sulfuric acid, heating to significant temperatures (about 600 ° C), the complexity of controlling the size and phase composition of nanoparticles.

Наиболее близким аналогом является способ, описанный в патенте RU N2492923 от 20.09.2013.The closest analogue is the method described in patent RU N2492923 from 09/20/2013.

Отличительной особенностью предлагаемого нами способа от указанного выше является возможность синтеза наночастиц сплава FeCo в составе нанокомпозита при температурах ниже температуры плавления металлов, при этом процесс проводится в вакууме.A distinctive feature of our method from the above is the possibility of synthesizing FeCo alloy nanoparticles in the composition of the nanocomposite at temperatures below the melting point of metals, while the process is carried out in vacuum.

В настоящем изобретении техническим результатом является получение металлоуглеродных нанокомпозитов FeCo/C, содержащих наночастицы FeCo с размером от 5 до 50 нм, при ИК-нагреве композита Соац·4H2O/Feац.ац·6H2O/ПАН. При этом процесс восстановления обходится без использования каких-либо дополнительных внешних восстановительных агентов, а размером наночастиц можно управлять, изменяя условия проведения процесса синтеза (температура, концентрация металла).In the present invention, the technical result is the production of FeCo / C metal-carbon nanocomposites containing FeCo nanoparticles with a size of 5 to 50 nm by infrared heating of the Co ac · 4H 2 O / Fe ac.ac · 6H 2 O / PAN composite . In this case, the recovery process is dispensed with without the use of any additional external reducing agents, and the size of the nanoparticles can be controlled by changing the conditions of the synthesis process (temperature, metal concentration).

Способ синтеза нанокомпозита включает в себя стадии приготовления совместного раствора полиакрилонитрила (ПАН) с молекулярным весом 1,5·105÷2·105, ацетата кобальта (Со(СН3СОО)2·4H2O) и ацетилацетоната железа (Fe(CH3COCH=C(CH3)O)3 6H2O) в диметилформамиде (ДМФА) в следующих соотношениях: концентрация ПАН составляет 5% от массы растворителя, концентрация железа 5÷20% и кобальта 5÷20% от массы ПАН, выдержку в течение 8 часов при температуре 40°C до полного растворения Соац·4H2O, Feац.ац·6Н2О и ПАН в ДМФА; удаление ДМФА путем выпаривания при температуре не более 70°C, ИК-пиролиз полученного твердого остатка, представляющего собой композит Соац·4H2O/Feац.ац·6H2O/ПАН. Все химические реактивы имеют класс чистоты «химически чистые».The method of synthesis of the nanocomposite includes the steps of preparing a joint solution of polyacrylonitrile (PAN) with a molecular weight of 1.5 · 10 5 ÷ 2 · 10 5 , cobalt acetate (Co (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O) and iron acetylacetonate (Fe ( CH 3 COCH = C (CH 3 ) O) 3 6H 2 O) in dimethylformamide (DMF) in the following proportions: the concentration of PAN is 5% by weight of the solvent, the concentration of iron is 5–20% and cobalt is 5–20% by weight of PAN, exposure for 8 hours at a temperature of 40 ° C until complete dissolution of Co ac · 4H 2 O, Fe ac.ac · 6H 2 O and PAN in DMF; removal of DMF by evaporation at a temperature of not more than 70 ° C; IR pyrolysis of the obtained solid residue, which is a composite of Acac · 4H 2 O / Fe ac.ac · 6H 2 O / PAN. All chemical reagents have a purity class of “chemically pure”.

Технический результат достигается использованием выбранных определенных исходных компонентов (полиакрилонитрила (ПАН), соединений металла (Соац·4H2O, Feац.ац·6H2O)), условий проведения процесса растворения компонентов и процесса удаления растворителя, ИК-нагрева полученного твердого остатка Соац·4H2O/Feац.ац·6Н2О/ПАН при давлении в реакционной камере 10-2÷10-3 мм рт. ст. и скорости нагрева 20°C/мин с выдержкой 15 мин при температуре 150°C и 200°C, а также выдержкой в течение 10 мин при финальной температуре 600÷800°C, в результате чего получается целевой продукт - металлоуглеродный нанокомпозит FeCo/C, содержащий наночастицы FeCo с размером от 5 до 50 нм.The technical result is achieved by using selected specific starting components (polyacrylonitrile (PAN), metal compounds ( Coac · 4H 2 O, Fe Ac.ac · 6H 2 O)), the conditions of the process of dissolving the components and the process of removing the solvent, IR heating of the obtained solid residue Co ac · 4H 2 O / Fe ac.ac · 6H 2 O / PAN at a pressure in the reaction chamber of 10 -2 ÷ 10 -3 mm RT. Art. and a heating rate of 20 ° C / min with a holding time of 15 minutes at a temperature of 150 ° C and 200 ° C, as well as holding for 10 minutes at a final temperature of 600 ÷ 800 ° C, resulting in the target product - FeCo / C metal-carbon nanocomposite containing FeCo nanoparticles with a size of 5 to 50 nm.

Для анализа фазового состава нанокомпозита и определения размера наночастиц FeCo использован рентгеновский дифрактометр EMMA (Австралия), излучение Cu, графитовый монохроматор, а также Дифрей 401 с Cr-излучением. Для прямого измерения размеров наночастиц использован электронный микроскоп LEO912 АВ OMEGA, ускоряющее напряжение 60-120 кВ, увеличение 80х-500000х. Средний размер наночастиц интерметаллида FeCo рассчитан по результатам РФА из дифрактограмм по уравнению Дебая-Шерера:To analyze the phase composition of the nanocomposite and determine the size of FeCo nanoparticles, we used an EMMA X-ray diffractometer (Australia), Cu radiation, a graphite monochromator, and Difrey 401 with Cr radiation. For direct measurement of nanoparticle sizes, a LEO912 AB OMEGA electron microscope was used, accelerating voltage of 60-120 kV, magnification 80x-500000x. The average size of FeCo intermetallic nanoparticles was calculated according to the XRD data from diffraction patterns according to the Debye-Scherer equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума; λ - длина волны рентгеновского Cu - излучения (1,54056 Å), Θ - дифракционный угол, град.where k is a constant equal to 0.89; B is the half-width of the diffraction angle, the corresponding diffraction maximum; λ is the wavelength of X-ray Cu radiation (1.54056 Å), Θ is the diffraction angle, deg.

Размер наночастиц оценивался по микрофотографиям проб нанокомпозита, полученным методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).The size of the nanoparticles was estimated from microphotographs of nanocomposite samples obtained by transmission electron microscopy (TEM).

Пример 1. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, СОац·4Н2О и Feац.ац·6H2O в ДМФА с концентрациями железа 10% и кобальта 10% от массы полимера и концентрацией ПАН 5% от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mFeац.ац·6H2O составляет 0,46 г, mCoац·4H2O составляет 0,32 г, mПАН составляет составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Соац·4Н2О, Feац.ац·6H2O. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры 40°C. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается красно-бурый вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры не более 70°C, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв.ост. остается постоянной). Полученный твердый остаток красно-бурого цвета подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится при давлении в реакционной камере 10-2÷10-3 мм рт. ст. и скорости нагрева 20°C/мин в несколько этапов: 1) при температурах 150°C и 200°C с выдержкой в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре; 2) при финальной температуре 700°C с выдержкой в течение 10 минут.Example 1. Preparing 20 ml of a joint solution of PAN, CO ac · 4H 2 O and Fe ac.ac · 6H 2 O in DMF with concentrations of iron 10% and cobalt 10% by weight of the polymer and the concentration of PAN 5% by weight of the solvent. For this, weighed samples of all solid components are prepared: m Feac . 6H 2 O is 0.46 g, m Coac . 4H 2 O is 0.32 g, m PAN is 1 g; and also in a conical flask, with a volume of 50 ml, 20 ml of DMF is poured. Then, PAN and weights of Sac · 4H 2 O, Fe ac . Ac · 6H 2 O are added to the flask. After vigorously mixing the resulting mixture with a glass rod for 5 minutes, the flask is closed with a lid and placed in a laboratory drying cabinet heated to a temperature of 40 ° C. As a result of exposure of the mixture for 8 hours in an oven until the metal compounds and PAN are completely dissolved in DMF, a red-brown viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature of not more than 70 ° C, and maintained in it until the evaporation process is completed (m TV.ost. Remains constant). The obtained solid residue of red-brown color is subjected to heat treatment in an infrared heating installation. The process is carried out at a pressure in the reaction chamber of 10 -2 ÷ 10 -3 mm RT. Art. and a heating rate of 20 ° C / min in several stages: 1) at temperatures of 150 ° C and 200 ° C with exposure for 15 minutes at each corresponding temperature; 2) at a final temperature of 700 ° C with exposure for 10 minutes.

В процессе ИК-нагрева твердого остатка Соац·4Н2О/Feац.ац·6Н2О/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Со и Fe из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы интерметаллида FeCo. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графитоподобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит FeCo/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц интерметаллида, а по данным ПЭМ построено распределение по размерам наночастиц FeCo. Средний размер наночастиц составил 18 нм. На фиг.1 приведена дифрактограмма нанокомпозита и результаты фазового анализа нанокомпозита FeCo/C, на фиг. 2 представлена одна из серии микрофотографий нанокомпозита FeCo/C, полученная методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), на фиг. 3 показано распределение наночастиц FeCo по размерам.In the process of IR heating of the solid residue Co ac · 4H 2 O / Fe ac.ac · 6H 2 O / PAN, hydrogen and other gaseous products are released as a result of PAN degradation, which reduce Co and Fe from the compound, but due to further interaction FeCo intermetallic nanoparticles are formed. At the same time, carbonization processes occur in the PAN, leading to the formation of a carbon graphite-like matrix of the nanocomposite, in which the formed nanoparticles are distributed. The result is a FeCo / C nanocomposite in the form of a black powder. According to X-ray powder diffraction data, the nanocomposite phase composition was determined, the average size of intermetallic nanoparticles was calculated, and TEM data were used to construct the size distribution of FeCo nanoparticles. The average nanoparticle size was 18 nm. Figure 1 shows the diffraction pattern of the nanocomposite and the results of a phase analysis of the FeCo / C nanocomposite, Fig. 2 shows one of a series of micrographs of the FeCo / C nanocomposite obtained by transmission electron microscopy (TEM), in FIG. Figure 3 shows the size distribution of FeCo nanoparticles.

Пример 2. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, Соац·4Н2О и Feац.ац·6H2O в ДМФА с концентрациями железа 20%, кобальта 20% от массы полимера и ПАН 5% от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mFeац.ац·6H2O составляет 0,92 г, mCoац·4H2O составляет 0,64 г, mПАН составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Соац·4H2O, Feац.ац·6H2O. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры 40°C. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается красно-бурый вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры не более 70°C, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв.ост. остается постоянной). Полученный твердый остаток красно-бурого цвета подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева.Example 2. Preparing 20 ml of a joint solution of PAN, SOC · 4H 2 O and Fe ats.ats · 6H 2 O in DMF with concentrations of iron 20%, cobalt 20% by weight of the polymer and PAN 5% by weight of the solvent. For this, weighed samples of all solid components are prepared: m Feac . 6H 2 O is 0.92 g, m Coac . 4H 2 O is 0.64 g, m PAN is 1 g; and also in a conical flask, with a volume of 50 ml, 20 ml of DMF is poured. Is then added to the flask and the sample PAN Co ai · 4H 2 O, Fe ats.ats · 6H 2 O. After vigorous mixing the resulting mixture with a glass rod for 5 minutes flask closed with a lid and placed into a laboratory oven, heated to a temperature of 40 ° C. As a result of exposure of the mixture for 8 hours in an oven until the metal compounds and PAN are completely dissolved in DMF, a red-brown viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature of not more than 70 ° C, and maintained in it until the evaporation process is completed (m TV.ost. Remains constant). The obtained solid residue of red-brown color is subjected to heat treatment in an infrared heating installation.

Процесс проводится при давлении в реакционной камере 10-2÷10-3 мм рт. ст. и скорости нагрева 20°C/мин в несколько этапов: 1) при температурах 150°C и 200°C с выдержкой в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре; 2) при финальной температуре 800°C с выдержкой в течение 10 минут.The process is carried out at a pressure in the reaction chamber of 10 -2 ÷ 10 -3 mm RT. Art. and a heating rate of 20 ° C / min in several stages: 1) at temperatures of 150 ° C and 200 ° C with exposure for 15 minutes at each corresponding temperature; 2) at a final temperature of 800 ° C with exposure for 10 minutes.

В результате получается нанокомпозит FeCo/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц интерметаллида, а по данным ПЭМ построено распределение по размерам наночастиц FeCo. Средний размер наночастиц составил 37 нм.The result is a FeCo / C nanocomposite in the form of a black powder. According to X-ray powder diffraction data, the nanocomposite phase composition was determined, the average size of intermetallic nanoparticles was calculated, and TEM data were used to construct the size distribution of FeCo nanoparticles. The average nanoparticle size was 37 nm.

Пример 3. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, Соац·4H2O и Feац.ац·6H2O в ДМФА с концентрациями железа 5%, кобальта 5% от массы полимера и ПАН 5 мас.% от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mFeац.ац·6H2O составляет 0,23 г, mCoац·4H2O составляет 0,16 г, mПАН составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Coац·4H2O, Feац.ац·6H2O. После интенсивного перемешивания полученной смеси с помощью стеклянной палочки в течение 5 минут колба закрывается крышкой и помещается в лабораторный сушильный шкаф, нагретый до температуры 40°C. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается красно-бурый вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры, не превышающей 70°C, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв.ост остается постоянной). Полученный твердый остаток красно-бурого цвета подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева.Example 3. Preparing 20 ml of a joint solution of PAN, SOC · 4H 2 O and Fe ats.ats · 6H 2 O in DMF with concentrations of iron 5%, cobalt 5% by weight of the polymer and PAN 5 wt.% By weight of the solvent. For this, weighed samples of all solid components are prepared: m Feac . 6H 2 O is 0.23 g, m Coac . 4H 2 O is 0.16 g, m PAN is 1 g; and also in a conical flask, with a volume of 50 ml, 20 ml of DMF is poured. Then PAN and weights of Coat · 4H 2 O, Fe ac.atz · 6H 2 O are added to the flask. After intensively mixing the resulting mixture with a glass rod for 5 minutes, the flask is closed with a lid and placed in a laboratory drying oven heated to 40 ° C. As a result of exposure of the mixture for 8 hours in an oven until the metal compounds and PAN are completely dissolved in DMF, a red-brown viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature not exceeding 70 ° C, and maintained in it until the evaporation process is completed (m TV.ost remains constant). The obtained solid residue of red-brown color is subjected to heat treatment in an infrared heating installation.

Процесс проводится при давлении в реакционной камере 10-2÷10-3 мм рт. ст. и скорости нагрева 20°C/мин в несколько этапов: 1) при температурах 150°C и 200°C с выдержкой в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре; 2) при финальной температуре 600°C с выдержкой в течение 10 минут.The process is carried out at a pressure in the reaction chamber of 10 -2 ÷ 10 -3 mm RT. Art. and a heating rate of 20 ° C / min in several stages: 1) at temperatures of 150 ° C and 200 ° C with exposure for 15 minutes at each corresponding temperature; 2) at a final temperature of 600 ° C with exposure for 10 minutes.

В результате получается нанокомпозит FeCo/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, рассчитан средний размер наночастиц интерметаллида, а по данным ПЭМ построено распределение по размерам наночастиц FeCo. Средний размер наночастиц составил 12 нм.The result is a FeCo / C nanocomposite in the form of a black powder. According to X-ray powder diffraction data, the nanocomposite phase composition was determined, the average size of intermetallic nanoparticles was calculated, and TEM data were used to construct the size distribution of FeCo nanoparticles. The average nanoparticle size was 12 nm.

Таким образом, условия проведения процесса синтеза (температура; давление в реакционной камере; концентрация Fe и Со в полимере) определяют размер наночастиц FeCo. По результатам РФА с использованием формулы Дебая-Шерера рассчитаны средние размеры наночастиц FeCo в зависимости от условий проведения процесса синтеза (температура финальной стадии ИК-нагрева, концентрации металлов) (таблица 1).Thus, the conditions of the synthesis process (temperature; pressure in the reaction chamber; concentration of Fe and Co in the polymer) determine the size of FeCo nanoparticles. According to the XRD results using the Debye-Scherer formula, the average sizes of FeCo nanoparticles were calculated depending on the conditions of the synthesis process (temperature of the final stage of IR heating, metal concentration) (table 1).

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Способ синтеза металлоуглеродного нанокомпозита, включающий ряд последовательных стадий, а именно приготовления совместного раствора полиакрилонитрила (ПАН) и ацетилацетоната Fe(CH3COCH=C(CH3)O)3·6H2O в диметилформамиде, выдержки до полного растворения всех компонентов, удаления диметилформамида путем выпаривания, нагревания полученного твердого остатка посредством высокоинтенсивного инфракрасного излучения, отличающийся тем, что приготовление указанного совместного раствора осуществляют при температуре 40°C, дополнительно вводя раствор ацетата кобальта Со(СН3СОО)2·4H2O в диметилформамиде, при этом концентрация ПАН составляет 5% от массы диметилформамида, концентрация железа 5÷20% и кобальта 5÷20% от массы ПАН, удаление диметилформамида проводят при температуре не более 70°C, а твердый остаток нагревают на всех этапах со скоростью 20°C/мин при давлении в реакционной камере 10-2÷10-3 мм рт. ст., выдерживают по 15 мин при температуре 150°C и 200°C, а выдержку при финальной температуре 600÷800°C проводят в течение 10 минут с получением целевого продукта - металлоуглеродного нанокомпозита FeCo/C, содержащего наночастицы FeCo с размером от 5 до 50 нм. A method for the synthesis of a carbon-metal nanocomposite, including a series of successive stages, namely, preparation of a joint solution of polyacrylonitrile (PAN) and Fe acetylacetonate (CH 3 COCH = C (CH 3 ) O) 3 · 6H 2 O in dimethylformamide, holding until all components are completely dissolved, removing dimethylformamide by evaporation, heating of the obtained solid residue by means of high-intensity infrared radiation, characterized in that the preparation of the specified joint solution is carried out at a temperature of 40 ° C, additionally introducing a solution cobalt acetate Co (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O in dimethylformamide, while the concentration of PAN is 5% by weight of dimethylformamide, the concentration of iron is 5–20% and cobalt 5–20% by weight of PAN, dimethylformamide is removed at a temperature not more than 70 ° C, and the solid residue is heated at all stages with a speed of 20 ° C / min at a pressure in the reaction chamber of 10 -2 ÷ 10 -3 mm RT. Art., incubated for 15 minutes at a temperature of 150 ° C and 200 ° C, and exposure at a final temperature of 600 ÷ 800 ° C is carried out for 10 minutes to obtain the target product - FeCo / C metal-carbon nanocomposite containing FeCo nanoparticles with a size of 5 up to 50 nm.
RU2013144861/05A 2013-10-08 2013-10-08 METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C RU2552454C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144861/05A RU2552454C2 (en) 2013-10-08 2013-10-08 METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013144861/05A RU2552454C2 (en) 2013-10-08 2013-10-08 METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013144861A RU2013144861A (en) 2015-04-20
RU2552454C2 true RU2552454C2 (en) 2015-06-10

Family

ID=53282569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013144861/05A RU2552454C2 (en) 2013-10-08 2013-10-08 METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552454C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618484C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of metal-carbon compounds forming on basis of shungite, gold and silver nanoparticles
RU2692662C1 (en) * 2018-07-26 2019-06-25 Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий российской академии наук" Method for increasing the feed components digestibility of fodders
CN110524004A (en) * 2019-08-30 2019-12-03 西安交通大学 A kind of preparation method of the dispersed nano porous Fe@C core-shell structure of size adjustable
RU2724251C1 (en) * 2019-11-05 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Nanocomposite magnetic material based on polydiphenylamine and nanoparticles of co-fe and a method for production thereof
RU2770599C1 (en) * 2021-07-08 2022-04-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115138393A (en) * 2021-03-30 2022-10-04 天津工业大学 Irregular MOF photocatalyst synthesized in situ and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492923C1 (en) * 2012-04-19 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492923C1 (en) * 2012-04-19 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YONG YANG et al, Synthesis and microwave absorption properties of FeCo nanoplates, J. of Alloys and Compounds, 2010, v.493, p.p.549-552. M. HESANI et al, The effect of particle size on the characteristics of FeCo nanoparticles, Solid State Commun., 2010, v. 150, p.p. 594-597. CHEN WANG et al, Synthesis and microwave absorbing properties of FeCo alloy particles/graphite nanoflake composites, J. of Alloys and Compounds, 2011, v.509, p.p.494-498 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618484C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of metal-carbon compounds forming on basis of shungite, gold and silver nanoparticles
RU2692662C1 (en) * 2018-07-26 2019-06-25 Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий российской академии наук" Method for increasing the feed components digestibility of fodders
CN110524004A (en) * 2019-08-30 2019-12-03 西安交通大学 A kind of preparation method of the dispersed nano porous Fe@C core-shell structure of size adjustable
CN110524004B (en) * 2019-08-30 2021-02-02 西安交通大学 Preparation method of size-adjustable monodisperse nano-porous Fe @ C core-shell structure
RU2724251C1 (en) * 2019-11-05 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Nanocomposite magnetic material based on polydiphenylamine and nanoparticles of co-fe and a method for production thereof
RU2770599C1 (en) * 2021-07-08 2022-04-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013144861A (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2552454C2 (en) METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C
Zhang et al. First demonstration of possible two-dimensional MBene CrB derived from MAB phase Cr2AlB2
Lu et al. Synthesis of discrete and dispersible hollow carbon nanospheres with high uniformity by using confined nanospace pyrolysis
CN109956463A (en) A kind of carbon nanotube and preparation method thereof
JP4748989B2 (en) Method for the synthesis of metal nanoparticles
JP4774214B2 (en) Method for synthesizing metal nanoparticles
JP2019521949A (en) Layered double hydroxide
Xie et al. Preparation of nano-sized titanium carbide particles via a vacuum carbothermal reduction approach coupled with purification under hydrogen/argon mixed gas
CN113840528A (en) MOF-derived composite wave-absorbing material and preparation method and application thereof
Ashoka et al. Nanostructural zinc oxide hollow spheres: A facile synthesis and catalytic properties
Zhang et al. Synthesis and photocatalytic activity of porous polycrystalline NiO nanowires
Zhang et al. Microwave-assisted solution-phase preparation and growth mechanism of FeMoO 4 hierarchical hollow spheres
Liu et al. Synthesis and characterization of vanadium carbide nanoparticles by thermal refluxing-derived precursors
Hosseyni Sadr et al. Sonochemical synthesis of a cobalt (II) coordination polymer nano-structure with azo ligand: a new precursor for preparation pure phase of Co3O4 nanostructure
Tzvetkov et al. Mesoporous cauliflower-like CuO/Cu (OH) 2 hierarchical structures as an excellent catalyst for ammonium perchlorate thermal decomposition
Qi et al. Synthesis of Al/Fe3Al core–shell intermetallic nanoparticles by chemical liquid deposition method
CN100469690C (en) Cable type Nano composite material of non-crystalline carbon tube/ ferroferric oxide, and preparation method
Ramdani et al. Synthesis, characterization and kinetic computations of fullerene (C60)–CuO on the mechanism decomposition of ammonium perchlorate
Wang et al. Preparation and catalytic properties of Ag/CuO nano-composites via a new method
Li et al. Graphene–CuO Nanocomposite
Yu et al. A facile method for synthesis of novel coral-like boron nitride nanostructures
Singh et al. Glycerol mediated low temperature synthesis of nickel nanoparticles by solution reduction method
Zhao et al. XRD, TEM and thermal analysis of Fe doped boehmite nanofibres and nanosheets
Naouel et al. Low temperature crystallization of a stable phase of microspherical MoO2
RU2558887C1 (en) METHOD FOR SYNTHESIS OF POLYACRYLONITRILE-BASED CoNi/C NANOCOMPOSITE