RU2770599C1 - Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile - Google Patents
Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770599C1 RU2770599C1 RU2021120022A RU2021120022A RU2770599C1 RU 2770599 C1 RU2770599 C1 RU 2770599C1 RU 2021120022 A RU2021120022 A RU 2021120022A RU 2021120022 A RU2021120022 A RU 2021120022A RU 2770599 C1 RU2770599 C1 RU 2770599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coo
- temperature
- ch3coo
- nicocu
- minutes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
- C01G3/006—Compounds containing, besides copper, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/006—Compounds containing, besides cobalt, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/006—Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
Abstract
Description
Изобретение относится к области химии и нанотехнологиям синтеза наночастиц металла (сплава) в составе нанокомпозитов NiCoCu/C на основе полиакрилонитрила.The invention relates to the field of chemistry and nanotechnology for the synthesis of metal (alloy) nanoparticles in the composition of NiCoCu/C nanocomposites based on polyacrylonitrile.
Аналогом предложенного изобретения является способ синтеза наночастиц NiCoCu (Liqianyun Xu, Liuyang Zhang, Bei Cheng, Jiaguo Yu, Ahmed A. Al-Ghamdi, S.Wageh Significant capacitance enhancement induced by cyclic voltammetry in pine needle-like Ni-CoCu multicomponent electrode, Journal of Materials Science & Technology Volume 78, 10 July 2021, Pages 100-109), в котором синтезированы нанокомпозиты, содержащие частицы NiCoCu гидротермальным методом. Для синтеза нанокомпозитов получали совместный раствор NiN2O6⋅6H2O, CoN2O6⋅6H2O, H2O, C2H7NO2 и CO(NH2)2. Затем к вышеуказанному раствору добавляли волокна CuH полученные химическим травлением. Полученный раствор помещали в автоклав и выдерживали при 120°С в течение 240 минут. Диаметр полученных волокон составлял 200÷250 нм.An analogue of the proposed invention is a method for the synthesis of NiCoCu nanoparticles (Liqianyun Xu, Liuyang Zhang, Bei Cheng, Jiaguo Yu, Ahmed A. Al-Ghamdi, S. Wageh Significant capacitance enhancement induced by cyclic voltammetry in pine needle-like Ni-CoCu multicomponent electrode, Journal of Materials Science & Technology Volume 78, 10 July 2021, Pages 100-109), in which nanocomposites containing NiCoCu particles were synthesized by the hydrothermal method. For the synthesis of nanocomposites, a joint solution of NiN 2 O 6 ⋅6H 2 O, CoN 2 O 6 ⋅ 6H 2 O, H 2 O, C 2 H 7 NO 2 and CO(NH 2 ) 2 was obtained. Then, chemically etched CuH fibers were added to the above solution. The resulting solution was placed in an autoclave and kept at 120°C for 240 minutes. The diameter of the obtained fibers was 200÷250 nm.
Недостатки метода заключаются в размере получаемых наночастиц и необходимости предварительного синтеза волокон меди.The disadvantages of the method are the size of the resulting nanoparticles and the need for preliminary synthesis of copper fibers.
Наиболее близким аналогом является способ синтеза (P.V. Gaikwad, R.J. Kamble, S.J. Mane-Gavade, S.R. Sabale, P.D. Kamble, Magneto-structural properties and photocatalytic performance of sol-gel synthesized cobalt substituted Ni-Cu ferrites for degradation of methylene blue under sunlight, Physica B: Condensed Matter Volume 554, 1 February 2019, Pages 79-85), в котором были получены мелкодисперсные порошки Ni0,5-xCoxCu0,5Fe2O4 (х от 0,0 до 0,5), нано-кристаллический материал, включающий NiCoCu, был получен золь-гель методом. Для синтеза использовались нитраты металлов и мочевина, растворенные в дистиллированной воде в стехиометрических пропорциях. Затем рН раствора поддерживали от 9,0 до 9,5 с помощью аммиака. Смесь постепенно нагревали при 100°С при постоянном перемешивании в течение 180 мин до получения геля. Затем высушенный гель сжигали для получения порошка. Приготовленные порошки феррита прокаливали при 850°С в течение 300 мин для достижения оптимальной кристаллизации. В результате были получены кристаллиты Ni0,5-xCoxCu0,5Fe2O4 размером от 35,5 до 44,3 нм. Увеличение концентрации Со от 0 до 0,5 в соединении Ni0,5-xCoxCu0,5Fe2O4 приводило к увеличению намагниченности насыщения от 21,74 до 41,82 emu/g, коэрцитивная сила изменялась в диапазоне от 81 до 302 Э.The closest analogue is the synthesis method (PV Gaikwad, RJ Kamble, SJ Mane-Gavade, SR Sabale, PD Kamble, Magneto-structural properties and photocatalytic performance of sol-gel synthesized cobalt substituted Ni-Cu ferrites for degradation of methylene blue under sunlight, Physica B: Condensed Matter
Недостатками данного способа являются образование наночастиц в виде оксидов, что значительно ухудшает магнитные характеристики наноком-позита, и более энергетически затратный процесс финального отжига.The disadvantages of this method are the formation of nanoparticles in the form of oxides, which significantly worsens the magnetic characteristics of the nanocomposite, and the more energy-consuming process of final annealing.
Технической задачей является получение упрощенной технологии синтеза нанокомпозита NiCoCu/C.The technical task is to obtain a simplified technology for the synthesis of the NiCoCu/C nanocomposite.
Технический результат изобретения заключается в упрощении технологии получения нанокомпозита NiCoCu/C с улучшением его характеристик, а также снижении энергетических затрат в процессе проведения способа.The technical result of the invention consists in simplifying the technology for obtaining the NiCoCu/C nanocomposite with improving its characteristics, as well as reducing energy costs in the process of carrying out the method.
Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.
Способ синтеза нанокомпозита NiCoCu/C включает приготовление совместного раствора полиакрилонитрила, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O, (CH3COO)2Cu⋅H2O в диметилформамиде при температуре 25÷50°С и следующем соотношении компонентов (% масс.):The method for synthesizing the NiCoCu/C nanocomposite includes preparing a joint solution of polyacrylonitrile, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in dimethylformamide at temperature 25÷50°C and the following ratio of components (% wt.):
последующую выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания при температуре 25÷70°С, инфракрасный нагрев полученного твердого остатка в два этапа при давлении 10-2÷10-3 мм.рт.ст, причем предварительный нагрев проводят в течение 5÷15 минут при температуре 100÷200°С со скоростью нагрева не более 20°С/мин, а финальный нагрев проводят в течение 5÷15 минут при температуре 500÷700°С со скоростью нагрева не более 50°С/мин.subsequent holding until complete dissolution of all components, removal of dimethylformamide by evaporation at a temperature of 25÷70°C, infrared heating of the resulting solid residue in two stages at a pressure of 10 -2 ÷10 -3 mm Hg, and preheating is carried out for 5 ÷15 minutes at a temperature of 100÷200°C with a heating rate of not more than 20°C/min, and the final heating is carried out for 5÷15 minutes at a temperature of 500÷700°C with a heating rate of not more than 50°C/min.
Технический результат изобретения достигается за счет проведения ИК нагрева в одном процессе без использования дополнительных внешних восстановителей, а также сочетания в способе одновременного синтеза наночастиц сплава NiCoCu размером от 10 до 70 нм и углеродной матрицы, защищающей наночастицы сплава NiCoCu от коалесценции и сохраняющей их свойства на воздухе.The technical result of the invention is achieved by carrying out IR heating in one process without the use of additional external reducing agents, as well as by combining in the method of simultaneous synthesis of NiCoCu alloy nanoparticles ranging in size from 10 to 70 nm and a carbon matrix that protects NiCoCu alloy nanoparticles from coalescence and retains their properties in air .
Изобретение поясняется чертежом, где на фигурах 1 и 2 показаны дифрактограммы и результаты фазового анализа нанокомпозита NiCoCu/C, синтезированного при температурах 500°С и 700°С соответственно; на фигурах 3, 5, 7 приведены дифрактограммы и результаты фазового анализа нанокомпозита NiCoCu/C с концентрациями ацетата меди 5, 15 и 30 масс. % соответственно; на фигурах 4, 6, 8 представлены по одной из серий микрофотографий нанокомпозита NiCoCu/C с концентрациями ацетата меди 5, 15 и 30 масс. % соответственно, методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).The invention is illustrated by the drawing, where figures 1 and 2 show the diffraction patterns and the results of phase analysis of the NiCoCu/C nanocomposite synthesized at temperatures of 500°C and 700°C, respectively; figures 3, 5, 7 show the diffraction patterns and the results of phase analysis of the NiCoCu/C nanocomposite with copper acetate concentrations of 5, 15 and 30 wt. % respectively; figures 4, 6, 8 show one of the series of micrographs of the NiCoCu/C nanocomposite with copper acetate concentrations of 5, 15 and 30 wt. %, respectively, by transmission electron microscopy (TEM).
Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is carried out as follows.
При проведении синтеза выбирают определенные исходные компоненты: полиакрилонитрил (ПАН), соединения металлов (Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O, (CH3COO)2Cu⋅H2O, а также условия проведения процесса растворения компонентов и процесса удаления растворителя, ИК-нагрева полученного твердого остатка Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O, (CH3COO)2Cu⋅H2O, ПАН при давлении в реакционной камере Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст. Режим температурной обработки разделяют на два этапа: 1) при температуре T=100÷200°С, в течение 5÷45 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева до 20°С/мин; 2) при финальной температуре 500÷700°С в течение 5÷15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева до 50°С/мин, в результате чего формируется металлоуглеродный нанокомпозит NiCoCu/C, содержащий наночастицы NiCoCu с размером от 10 до 70 нм.When carrying out the synthesis, certain initial components are selected: polyacrylonitrile (PAN), metal compounds (Co (CH 3 COO) 2 ⋅ 4H 2 O, Ni (CH 3 COO) 2 ⋅ 4H 2 O, (CH 3 COO) 2 Cu ⋅ H 2 O, as well as the conditions for the process of dissolving the components and the process of removing the solvent, IR heating of the resulting solid residue Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O, PAN at a pressure in the reaction chamber P=10 -2 ÷10 -3 mm Hg The temperature treatment mode is divided into two stages: 1) at a temperature T=100÷200°C, for 5 ÷45 minutes, the process is carried out at a pressure P=10 -2 ÷10 -3 mmHg, heating rate up to 20°C/min; 2) at a final temperature of 500÷700°C for 5÷15 minutes, the process is carried out at a pressure P=10 -2 ÷10 -3 mm Hg, heating rate up to 50°C/min, resulting in the formation NiCoCu/C metal-carbon nanocomposite containing NiCoCu nanoparticles with a size of 10 to 70 nm.
Для анализа фазового состава нанокомпозита и определения размера наночастиц NiCoCu 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 интерметал-лида NiCoCu рассчитан по результатам РФА из дифрактограмм по уравнению Дебая-Шерера:To analyze the phase composition of the nanocomposite and determine the size of NiCoCu nanoparticles, an EMMA X-ray diffractometer (Australia), Cu kα radiation, a graphite monochromator, and a Difrey 401 with Cr Kα radiation were used. For direct measurement of nanoparticle sizes, an electron microscope LEO912 AB OMEGA was used, accelerating voltage 60-120 kV, magnification 80x - 500000x. The average size of NiCoCu intermetallic nanoparticles was calculated from the XPA results from diffraction patterns using the Debye-Scherer equation:
где k - константа, равная 0,89;where k is a constant equal to 0.89;
В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума, град,B - half-width of the diffraction angle corresponding to the diffraction maximum, deg,
Θ - дифракционный угол, град.Θ - diffraction angle, deg.
Размер наночастиц оценивался по микрофотографиям проб нанокомпозита, полученным методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).The size of nanoparticles was estimated from micrographs of nanocomposite samples obtained by transmission electron microscopy (TEM).
Пример 1. Готовится 80 мл совместного раствора ПАН, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O в ДМФА с концентрациями (Со)=20 масс. %, (Ni)=20 масс. % и (Cu)=5 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mCo(CH3COO)2⋅4H2O=3,382 г, mNi(CH3COO)2⋅4H2O=3,392 г, m(CH3COO)2Cu⋅H2O=0,628 г, mПАН=4 г; а также в коническую колбу наливается 80 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O. 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 Т=45°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв. ост. ≈ const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст.) при температуре Т=150°С, затем при 200°С, в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре, скорость нагрева v=20°С/мин; 2) при финальной температуре 500°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.Example 1. Preparing 80 ml of a joint solution of PAN, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in DMF with concentrations ( Co)=20 wt. %, (Ni)=20 wt. % and (Cu)=5 wt. % by weight of the polymer and (PAN)=5 wt. % by weight of the solvent. For this, weighed portions of all solid components are prepared: m Co(CH3COO) 2⋅ 4H 2 O=3.382 g, m Ni(CH3COO)2⋅ 4H 2 O=3.392 g, m (CH3COO ) 2 Cu ⋅ H 2 O=0.628 g, m PAN =4 g; and also 80 ml of DMF are poured into the conical flask. Then PAN and weighed portions of Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O are added to the flask. After intensive stirring of the resulting mixture with glass rod for 5 minutes, the flask is closed with a lid and placed in a laboratory oven heated to a temperature of T=45°C. As a result of holding the mixture for 8 hours in an oven until the metal and PAN compounds are completely dissolved in DMF, a viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature of T ≤ 70 ° C, and kept in it until the evaporation process is completed (m tv. rest ≈ const). The resulting solid residue is subjected to heat treatment in an IR heating unit. The process is carried out in several stages: 1) in vacuum (pressure in the reaction chamber of the installation P=10 -2 ÷10 -3 mmHg) at a temperature of T=150°C, then at 200°C for 15 minutes at each respective temperature, heating rate v=20°C/min; 2) at a final temperature of 500°C for 15 minutes, the process is carried out at a pressure P=10 -2 ÷10 -3 mmHg, heating rate v=50°C/min.
В процессе ИК-нагрева твердого остатка Со(СН3СОО)2⋅4H2O/Ni(CH3COO)2⋅4H2O/(СН3СОО)2Cu⋅H2O/ПАН в результате деструкции ПАН происходит выделение водорода и др. газообразных продуктов, которые восстанавливают Со, Ni и Cu из соединения, а за счет дальнейшего взаимодействия формируются наночастицы интерметаллида NiCo-Cu. При этом в ПАН протекают процессы карбонизации, приводящие к формированию углеродной графитоподобной матрицы нанокомпозита, в которой распределяются сформировавшиеся наночастицы. В результате получается нанокомпозит NiCoCu/C в виде черного порошка.In the process of IR heating of the solid residue Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O/Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O/(CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O/PAN, as a result of the destruction of PAN, the release of hydrogen and other gaseous products that reduce Co, Ni and Cu from the compound, and due to further interaction, nanoparticles of the NiCo-Cu intermetallic compound are formed. At the same time, carbonization processes occur in 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 NiCoCu/C nanocomposite in the form of a black powder.
По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, полученного при финальной температуре, равной 500°С, рассчитан средний размер области когерентного рассеяния интерметаллида, а также определен параметр решетки, равный 
Пример 2. Готовится 80 мл совместного раствора ПАН, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O в ДМФА с концентрациями (Со)=20 масс. %, (Ni)=20 масс. % и (Cu)=5 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mCo(CH3COO)2⋅4H2O=3,382 г, mNi(CH3COO)2⋅4H2O=3,392 г, m(CH3COO)2Cu⋅H2O=0,628 г, mПАН=4 г; а также в коническую колбу наливается 80 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O. 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 Т=45°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв. ост. ≈ const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст.) при температуре Т=150°С, затем при 200°С, в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре, скорость нагрева v=20°С/мин; 2) при финальной температуре 700°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.Example 2. Preparing 80 ml of a joint solution of PAN, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in DMF with concentrations ( Co)=20 wt. %, (Ni)=20 wt. % and (Cu)=5 wt. % by weight of the polymer and (PAN)=5 wt. % by weight of the solvent. For this, weighings of all solid components are prepared:
В результате получается нанокомпозит NiCoCu/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита, полученного при финальной температуре, равной 700°С, рассчитан средний размер области когерентного рассеяния интерметаллида, а также определен параметр решетки, равный 
Пример 3. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O в ДМФА с концентрациями (Со)=20 масс. %, (Ni)=20 масс. % и (Cu)=5 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mCo(CH3COO)2⋅4H2O=0,845 г, mNi(CH3COO)2⋅4H2O=0,848 г, m(CH3COO)2Cu⋅H2O=0,157 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O. 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 Т=45°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв. ост. ≈ const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст.) при температуре Т=150°С, затем при 200°С, в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре, скорость нагрева v=20°С/мин; 2) при финальной температуре 600°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.Example 3. Preparing 20 ml of a joint solution of PAN, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in DMF with concentrations ( Co)=20 wt. %, (Ni)=20 wt. % and (Cu)=5 wt. % by weight of the polymer and (PAN)=5 wt. % by weight of the solvent. For this, weighings of all solid components are prepared: m Co(CH3COO)2⋅ 4H 2 O=0.845 g, m Ni(CH3COO)2⋅ 4H 2 O=0.848 g, m (CH3COO)2 Cu ⋅ H 2 O=0.157 g, m PAN =1 g; and also 20 ml of DMF are poured into a conical flask (V=50 ml). Then PAN and weighed portions of Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O are added to the flask. After intensive stirring of the resulting mixture with glass rod for 5 minutes, the flask is closed with a lid and placed in a laboratory oven heated to a temperature of T=45°C. As a result of holding the mixture for 8 hours in an oven until the metal and PAN compounds are completely dissolved in DMF, a viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature of T ≤ 70 ° C, and kept in it until the evaporation process is completed (m tv. rest ≈ const). The resulting solid residue is subjected to heat treatment in an IR heating unit. The process is carried out in several stages: 1) in vacuum (pressure in the reaction chamber of the installation P=10 -2 ÷10 -3 mmHg) at a temperature of T=150°C, then at 200°C for 15 minutes at each respective temperature, heating rate v=20°C/min; 2) at a final temperature of 600°C for 15 minutes, the process is carried out at a pressure P=10 -2 ÷10 -3 mm Hg, heating rate v=50°C/min.
В результате получается нанокомпозит NiCoCu/C в виде черного порошка. По данным РФА определен фазовый состав нанокомпозита с концентрацией ацетата меди 5 масс. %, рассчитан средний размер области когерентного рассеяния интерметаллида, а по данным ПЭМ построено распределение по размерам наночастиц NiCoCu. Средний размер наночастиц составил 10±1 нм.The result is a NiCoCu/C nanocomposite in the form of a black powder. The phase composition of the nanocomposite with a copper acetate concentration of 5 mass % was determined from XRD data. %, the average size of the region of coherent scattering of the intermetallic compound was calculated, and the size distribution of NiCoCu nanoparticles was constructed from the TEM data. The average size of nanoparticles was 10±1 nm.
Пример 4. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O в ДМФА с концентрациями (Со)=20 масс. %, (Ni)=20 масс. % и (Cu)=15 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mCo mCo(CH3COO)2⋅4H2O=0,845 г, mNi(CH3COO)2⋅4H2O=0,848 г, m(CH3COO)2Cu⋅H2O=0,471 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O. 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 Т=45°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв. ост. ≈ const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст.) при температуре Т=150°С, затем при 200°С, в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре, скорость нагрева v=20°С/мин; 2) при финальной температуре 600°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.Example 4. 20 ml of a joint solution of PAN, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in DMF with concentrations ( Co)=20 wt. %, (Ni)=20 wt. % and (Cu)=15 wt. % by weight of the polymer and (PAN)=5 wt. % by weight of the solvent. To do this, weighings of all solid components are prepared: m Com m Co (CH3COO)2⋅ 4H 2 O=0.845 g, m Ni(CH3COO)2⋅ 4H 2 O=0.848 g, m (CH3COO)2 Cu ⋅ H 2 O=0.471 g, m PAN =1 g; and also 20 ml of DMF are poured into a conical flask (V=50 ml). Then PAN and weighed portions of Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O are added to the flask. After intensive stirring of the resulting mixture with glass rod for 5 minutes, the flask is closed with a lid and placed in a laboratory oven heated to a temperature of T=45°C. As a result of holding the mixture for 8 hours in an oven until the metal and PAN compounds are completely dissolved in DMF, a viscous solution is obtained. The resulting solution is poured into a Petri dish, placed in an oven heated to a temperature of T ≤ 70 ° C, and kept in it until the evaporation process is completed (m tv. rest ≈ const). The resulting solid residue is subjected to heat treatment in an IR heating unit. The process is carried out in several stages: 1) in vacuum (pressure in the reaction chamber of the installation P=10 -2 ÷10 -3 mmHg) at a temperature of T=150°C, then at 200°C for 15 minutes at each respective temperature, heating rate v=20°C/min; 2) at a final temperature of 600°C for 15 minutes, the process is carried out at a pressure P=10 -2 ÷10 -3 mm Hg, heating rate v=50°C/min.
В результате получается нанокомпозит NiCoCu/C в виде черного порошка. По данным ПЭМ образца с концентрацией ацетата меди 15 масс. % рассчитан средний размер наночастиц интерметаллида, который составил 11 ±1 нм.The result is a NiCoCu/C nanocomposite in the form of a black powder. According to TEM data of a sample with a copper acetate concentration of 15 wt. %, the average size of intermetallic nanoparticles was calculated, which was 11 ± 1 nm.
Пример 5. Готовится 20 мл совместного раствора ПАН, Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O в ДМФА с концентрациями (Со)=20 масс. %, (Ni)=20 масс. % и (Cu)=30 масс. % от массы полимера и (ПАН)=5 масс. % от массы растворителя. Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: Для этого подготавливаются навески всех твердых компонентов: mCo(CH3COO)2⋅4H2O=0,845 г, mNi(CH3COO)2⋅4H2O=0,848 г, m(CH3COO)2Cu⋅H2O=0,942 г, mПАН=1 г; а также в коническую колбу (V=50 мл) наливается 20 мл ДМФА. Затем в колбу добавляется ПАН и навески Со(СН3СОО)2⋅4H2O, Ni(CH3COO)2⋅4H2O и (СН3СОО)2Cu⋅H2O. 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 Т=45°С. В результате выдержки смеси в течение 8 часов в сушильном шкафу до полного растворения соединений металла и ПАН в ДМФА получается вязкий раствор. Полученный раствор заливается в чашку Петри, помещается в сушильный шкаф, нагретый до температуры Т≤70°С, и выдерживается в нем до завершения процесса выпаривания (mтв. ост. ≈ const). Полученный твердый остаток подвергается температурной обработке в установке ИК-нагрева. Процесс проводится в несколько стадий: 1) в вакууме (давлении в реакционной камере установки Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст.) при температуре Т=150°С, затем при 200°С, в течение 15 минут при каждой соответствующей температуре, скорость нагрева v=20°С/мин; 2) при финальной температуре 600°С в течение 15 минут, процесс проводится при давлении Р=10-2÷10-3 мм.рт.ст., скорость нагрева v=50°С/мин.Example 5. Preparing 20 ml of a joint solution of PAN, Co(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O, Ni(CH 3 COO) 2 ⋅4H 2 O and (CH 3 COO) 2 Cu⋅H 2 O in DMF with concentrations ( Co)=20 wt. %, (Ni)=20 wt. % and (Cu)=30 wt. % by weight of the polymer and (PAN)=5 wt. % by weight of the solvent. To do this, weighings of all solid components are prepared: For this, weighings of all solid components are prepared: m Co (CH3COO) 2⋅ 4H 2 O \u003d 0.845 g,
В результате получается нанокомпозит NiCoCu/C в виде черного порошка. По данным ПЭМ образца с концентрацией ацетата меди 30 масс. % рассчитан средний размер наночастиц интерметаллида, который составил 16±1 нм.The result is a NiCoCu/C nanocomposite in the form of a black powder. According to TEM data of a sample with a copper acetate concentration of 30 wt. %, the average size of intermetallic nanoparticles was calculated, which was 16±1 nm.
Таким образом, установлено, что с увеличением температуры финального отжига происходит увеличение параметра решетки интерметаллида. По результатам РФА с использованием формулы Дебая-Шерера рассчитаны средние размеры областей когерентного рассеяния и параметры решеток NiCoCu в зависимости от температуры финального отжига (таблица 1).Thus, it has been found that with an increase in the final annealing temperature, the lattice parameter of the intermetallic compound increases. According to the results of XRD using the Debye-Scherer formula, the average sizes of coherent scattering regions and the lattice parameters of NiCoCu were calculated depending on the final annealing temperature (Table 1).
Таким образом, установлено, что с увеличением концентрации меди происходит увеличение размера наночастиц NiCoCu. По результатам РФА с использованием формулы Дебая-Шерера рассчитаны средние размеры областей когерентного рассеяния и параметры решеток NiCoCu в зависимости от концентрации меди (таблица 2).Thus, it was found that with an increase in the copper concentration, the size of NiCoCu nanoparticles increases. According to the results of XPA using the Debye-Scherer formula, the average sizes of coherent scattering regions and the lattice parameters of NiCoCu were calculated depending on the copper concentration (Table 2).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021120022A RU2770599C1 (en) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021120022A RU2770599C1 (en) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2770599C1 true RU2770599C1 (en) | 2022-04-18 |
Family
ID=81212683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021120022A RU2770599C1 (en) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2770599C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552454C2 (en) * | 2013-10-08 | 2015-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C |
| RU2558887C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | METHOD FOR SYNTHESIS OF POLYACRYLONITRILE-BASED CoNi/C NANOCOMPOSITE |
-
2021
- 2021-07-08 RU RU2021120022A patent/RU2770599C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552454C2 (en) * | 2013-10-08 | 2015-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C |
| RU2558887C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | METHOD FOR SYNTHESIS OF POLYACRYLONITRILE-BASED CoNi/C NANOCOMPOSITE |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| GAIKWAD P.V. et al, Magneto-structural Properties and Photocatalytic Performance of Sol-Gel Synthesized Cobalt Substituted Ni-Cu Ferrites for Degradation of Methylene Blue under Sunlight, Physica B: Condensed Matter, 2019, v. 554, p. 79-85, 10.1016/j.physb.2018.11.032. * |
| GAIKWAD P.V. et al, Magneto-structural Properties and Photocatalytic Performance of Sol-Gel Synthesized Cobalt Substituted Ni-Cu Ferrites for Degradation of Methylene Blue under Sunlight, Physica B: Condensed Matter, 2019, v. 554, p. 79-85, 10.1016/j.physb.2018.11.032. БЕРЕЗИНА А.А. Исследование процессов превращений в прекурсоре нанокомпозита NiCoCu/C, 72-е Дни науки студентов НИТУ "МИСиС", Книга 1, Издательский Дом МИСиС, 2017, с. 447-448. * |
| HASSAN GHANBARABADI et al, Dry reforming of methane over γ-Al2O3 supported NiCo and NiCoCu nano-catalysts, International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 11.01.2021, doi: 10.1080/03067319.2020.1862812. * |
| БЕРЕЗИНА А.А. Исследование процессов превращений в прекурсоре нанокомпозита NiCoCu/C, 72-е Дни науки студентов НИТУ "МИСиС", Книга 1, Издательский Дом МИСиС, 2017, с. 447-448. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3305057C2 (en) | Process for making silicon carbide whiskers | |
| Saladino et al. | Synthesis of Nd: YAG nanopowder using the citrate method with microwave irradiation | |
| Vaqueiro et al. | Synthesis and characterization of yttrium iron garnet nanoparticles | |
| EP0447388A1 (en) | Procedure for manufacturing of finegrain, sinteractive nitride- and carbonitride-powders of titanium | |
| RU2552454C2 (en) | METHOD FOR SYNTHESIS OF METAL-CARBON NANOCOMPOSITE FeCo/C | |
| Huang et al. | Effect of Zn 2+ substitution on the structure and magnetic properties of Co 0.5 Cu 0.5 Fe 2 O 4 synthesized by solvothermal method | |
| RU2770599C1 (en) | Method for the synthesis of nicocu/c nanocomposites based on polyacrylonitrile | |
| Dong et al. | Controlled synthesis of flower-like CaTiO3 and effects of morphology on its photocatalytic activities | |
| Nikolov et al. | Conditions for preparation of nanosized Al2 (WO4) 3 | |
| Mohammad Shafiee et al. | Simple synthesis of copper oxide nanoparticles in the presence of extractive Rosmarinus officinalis leaves | |
| DE112007000218T5 (en) | Process for producing a carbonaceous silicon carbide ceramic | |
| Lan et al. | Manganese oxide nanostructures: low-temperature selective synthesis and thermal conversion | |
| CN113912391B (en) | Preparation method of spinel-structured zinc titanate nano powder, composition for curing radioactive waste and method for curing lanthanum oxide by using composition | |
| Senthamilselvi et al. | Microstructure and photocatalytic properties of bismuth oxide (Bi2O3) nanocrystallites | |
| Gong et al. | Sol-gel synthesis of hollow zinc ferrite fibers | |
| RU2558887C1 (en) | METHOD FOR SYNTHESIS OF POLYACRYLONITRILE-BASED CoNi/C NANOCOMPOSITE | |
| RU2323876C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CARBON NANOSTRUCTURES BY REACTING ORGANIC COMPOUNDS WITH SALTS OF d-METALS | |
| Huang et al. | In situ synthesis of mesoporous CdS nanoparticles in ternary cubic phase lyotropic liquid crystal | |
| RU2455225C1 (en) | METHOD OF PRODUCING NANOCOMPOSITE OF FeNi3/PYROLYSED POLYACRYLONITTRILE | |
| CN113354046A (en) | Carbon nitride modified nano Fe3O4Application of material as algae inhibitor and method | |
| Botvina et al. | Synthesis of Calcium Aluminate-Based Luminophores by the Citrate Nitrate Sol–Gel Process | |
| CN106046084B (en) | Tylonolide acetone solvent compound and preparation method | |
| RU2489351C2 (en) | Method of producing molybdenum carbide nanoparticles | |
| Theingi et al. | Preparation and characterization of CaFeO3 powder and its coagulation activity in terms of reducing turbidity | |
| RU2686223C1 (en) | Method of synthesis of nanocomposites ag/c |