RU2552454C2 - METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C - Google Patents
METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C Download PDFInfo
- 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
Links
- 229910002546 FeCo Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 14
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 title claims description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 33
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 31
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 6
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (Z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims abstract description 3
- QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L Cobalt(II) acetate Chemical compound [Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 3
- 229940011182 cobalt acetate Drugs 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 101710034608 PPCDC Proteins 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine hydrate Chemical compound O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007777 multifunctional material Substances 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical class [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
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 Cukα, графитовый монохроматор, а также Дифрей 401 с CrKα-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 kα radiation, a graphite monochromator, and Difrey 401 with Cr Kα 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:
где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума; λ - длина волны рентгеновского CuKα - 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 Kα 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
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).
Claims (1)
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)
| 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 |
Citations (1)
| 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 |
-
2013
- 2013-10-08 RU RU2013144861/05A patent/RU2552454C2/en active
Patent Citations (1)
| 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)
| 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)
| 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 | |
| Gao et al. | Novel tunable hierarchical Ni–Co hydroxide and oxide assembled from two-wheeled units | |
| JP4748989B2 (en) | Method for the synthesis of metal nanoparticles | |
| Zhang et al. | Microwave-assisted solution-phase preparation and growth mechanism of FeMoO 4 hierarchical hollow spheres | |
| JP4774214B2 (en) | Method for synthesizing metal nanoparticles | |
| Xie et al. | Preparation of nano-sized titanium carbide particles via a vacuum carbothermal reduction approach coupled with purification under hydrogen/argon mixed gas | |
| Leng et al. | Low temperature synthesis of graphene-encapsulated copper nanoparticles from kraft lignin | |
| Kumar et al. | Morphological analysis of ultra fine α-MnO2 nanowires under different reaction conditions | |
| JP2019521949A (en) | Layered double hydroxide | |
| Ashoka et al. | Nanostructural zinc oxide hollow spheres: A facile synthesis and catalytic properties | |
| Jin et al. | Phase and microstructure evolution during the synthesis of WC nanopowders via thermal processing of the precursor | |
| CN113840528A (en) | MOF-derived composite wave-absorbing material and preparation method and application thereof | |
| Zhang et al. | Synthesis and photocatalytic activity of porous polycrystalline NiO nanowires | |
| Tambe | Synthesis and characterization of acid treated reduced graphene oxide | |
| Shen et al. | Facile surfactant-free synthesis of monodisperse Ni particles via a simple solvothermal method and their superior catalytic effect on thermal decomposition of ammonium perchlorate | |
| Zhang et al. | Catalytic growth of bamboo-like boron nitride nanotubes using self-propagation high temperature synthesized porous precursor | |
| 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 | |
| Qi et al. | Synthesis of Al/Fe3Al core–shell intermetallic nanoparticles by chemical liquid deposition method | |
| Ramdani et al. | Synthesis, characterization and kinetic computations of fullerene (C60)–CuO on the mechanism decomposition of ammonium perchlorate | |
| Yu et al. | A facile method for synthesis of novel coral-like boron nitride nanostructures | |
| Zhang et al. | Biomolecule-assisted synthesis of ZnIn2S4 flower-like hollow microspheres | |
| Zheng et al. | Facile synthesis of α-Fe2O3@ porous hollow yeast-based carbonaceous microspheres for fluorescent whitening agent-VBL wastewater treatment | |
| Tzvetkov et al. | Mesoporous cauliflower-like CuO/Cu (OH) 2 hierarchical structures as an excellent catalyst for ammonium perchlorate thermal decomposition | |
| Naouel et al. | Low temperature crystallization of a stable phase of microspherical MoO2 |