RU2552454C2

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

Info

Publication number: RU2552454C2
Application number: RU2013144861/05A
Authority: RU
Inventors: Лев Васильевич Кожитов; Дмитрий Геннадьевич Муратов; Владимир Валентинович Козлов; Владимир Григорьевич Костишин; Алена Васильевна Попкова; Сергей Львович Кожитов; Егор Владимирович Якушко
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-06-10
Also published as: RU2013144861A

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 Со_ац·4H₂O/Fe_ац.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 Со_ац·4H₂O, Fe_ац.ац·6Н₂О и ПАН в ДМФА; удаление ДМФА путем выпаривания при температуре не более 70°C, ИК-пиролиз полученного твердого остатка, представляющего собой композит Со_ац·4H₂O/Fe_ац.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 (Со_ац·4H₂O, Fe_ац.ац·6H₂O)), условий проведения процесса растворения компонентов и процесса удаления растворителя, ИК-нагрева полученного твердого остатка Со_ац·4H₂O/Fe_ац.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_kα, графитовый монохроматор, а также Дифрей 401 с Cr_Kα-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 Cu_Kα - 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, СО_ац·4Н₂О и Fe_ац.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: m_Feац.ац·6H₂O составляет 0,46 г, m_Coац·4H₂O составляет 0,32 г, m_ПАН составляет составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со_ац·4Н₂О, Fe_ац.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 (m_тв.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 Со_ац·4Н₂О/Fe_ац.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, Со_ац·4Н₂О и Fe_ац.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: m_Feац.ац·6H₂O составляет 0,92 г, m_Coац·4H₂O составляет 0,64 г, m_ПАН составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со_ац·4H₂O, Fe_ац.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 (m_тв.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, Со_ац·4H₂O и Fe_ац.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: m_Feац.ац·6H₂O составляет 0,23 г, m_Coац·4H₂O составляет 0,16 г, m_ПАН составляет 1 г; а также в коническую колбу, с объемом 50 мл, наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Co_ац·4H₂O, Fe_ац.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 (m_тв.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^-3мм 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

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.