Модифицирование поверхности многостенных углеродных нанотрубок для придания технологических свойств
Автор: Бузаева Мария Владимировна, Макарова Ирина Алексеевна, Ваганова Екатерина Сергеевна, Давыдова Ольга Александровна, Судьин Юрий Иванович, Сергеев Вячеслав Андреевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Неорганическая химия
Статья в выпуске: 1 т.15, 2023 года.
Бесплатный доступ
Исследованы процессы модифицирования поверхности многостенных углеродных нанотрубок различными полярными группами: карбоксильными, спиртовыми гидроксильными, четвертичной аммониевой солью. С применением окислительной смеси пероксида водорода, азотной и серной кислоты разработана методика карбоксилирования углеродных нанотрубок при температуре 70 °С, что позволило минимизировать образование аморфного углерода и повысить содержание карбоксильных групп до 5,5 мас. % на поверхности. На базе карбоксилированных углеродных нанотрубок по реакции с триэтаноламином получены трубки с поверхностью, модифицированной четвертичной аммониевой солью. С участием свободно-радикального инициатора в среде этилового спирта проведено модифицирование углеродных нанотрубок этилгидроксильными группами. Показано, что количество дефектов, на которых происходит образование химической связи в процессе функционализации, и их природа определяются первоначальными дефектами нанотрубок и не зависит от способов обработки наноуглеродного материала. Проведено исследование термоокислительной стабильности исходных и модифицированных углеродных нанотрубок на воздухе. Наиболее устойчивыми являются исходные нанотрубки, которые стабильны при нагревании на воздухе до 520 °С. Для модифицированных нанотрубок наблюдается снижение термоустойчивости в ряду: многостенные нанотубки с карбоксильными группами на поверхности, со спиртовыми гидроксильными, модифицированные четвертичной аммониевой солью, у которых окисление начинается при 400 °С. Прививка на поверхности многостенных углеродных нанотрубок спиртовых гидроксильных групп представляет значительный интерес для получения сорбционного материала с развитой поверхностью, способного за счет гидроксильных групп ковалентно связывать ионы металлов аналогично комплексообразователям типа этиленгликоля или пирокатехина. Модифицированные полярными группами углеродные наноматериалы проявляют хорошие сорбционные свойства по отношению к ионам тяжелых металлов. Степень извлечения ионов цинка и меди в случае карбоксилированных нанотрубок достигает 98 %.
Многостенные углеродные нанотрубки, функционализация, модифицирование, сорбция, тяжелые металлы
Короткий адрес: https://sciup.org/147239547
IDR: 147239547 | DOI: 10.14529/chem230107
Список литературы Модифицирование поверхности многостенных углеродных нанотрубок для придания технологических свойств
- Функционализация индивидуальных МУНТ при облучении и отжиге / В.В. Болотов, Е.В. Князев, П.М. Корусенко, С.Н. Несов, В.А. Сачков // ФТТ. 2020. T. 62. C. 1884-1894.
- Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Издательский дом «Спектр», 2013. 152 с.
- Low-temperature annealing of radiation-induced defects in carbon nanotube bundles / B.A. Da-nilchenko, E.A. Voitsihovska, I.S. Rogutski, R.M. Rudenko, I.Y. Uvarova, I.I. Yaskovets // Diamond and Related Materials. 2017. Vol. 80. P. 113-117.
- Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Влияние отжига на СВЧ-характеристики углеродных нанотрубок и нанокомпозитных материалов, созданных на их основе // ЖТФ. 2014. T. 84. C.86-91.
- Oxidation behavior of multiwall carbon nanotubes with different diameters and morphology / I. Mazov, V.L. Kuznetsov, I.A. Simonova, A.I. Stadnichenko, A.V. Ishchenko, A.I. Romanenko, E.N. Tkachev, O.B. Anikeeva // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 258. P. 6272-6280.
- Carbon nanotube's modification by focused ion beam irradiation and its healing strategies / Z. Xu, L. Xu, F. Fang, H. Gao, W. Li. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2013. Vol. 307. P. 203-206. DOI : 10.1016/j.nimb.2012.12.111.
- Влияние топологических и радиационных дефектов на упругие характеристики углеродных нанотрубок / Н.Н. Лайнг, С.А. Гинзгеймер, Ю.С. Белов, Тин Ко Ко Вин, А.Н. Проскурнин, Б.М. Логинов // Наукоемкие технологии. 2011. Т. 12. С. 45-52.
- Exploring thermal annealing and graphene-carbon nanotube additives to enhance crystallinity, thermal, electrical and tensile properties of aged poly (lactic) acid-based filament for 3d printing / R. Kotsilkova, I. Petrova-Doycheva, D. Menseidov, E. Ivanov, A. Paddubskaya, P. Kuzhir // Composites Science and Technology. 2019. Vol. 181 P. 107712-1-107712-9. DOI: 10.1016/j.compscitech.2019.107712.
- Modifying the electronic structure of semiconducting single-walled carbon nanotubes by Ar+ ion irradiation / A. Tolvanen, G. Buchs, P. Ruffieux, P. Groening, O. Groening, A.V. Krasheninnikov // Phys. Rev. B. 2009. Vol. 79. P. 125430.
- Charge mobility modification of semiconducting carbon nanotubes by intrinsic defects / B. Hongcun, Y. Ma, J. Ma, J. Mei, Y. Tong, Y. Ji // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 864. P. 012030. DOI :10.1088/1742- 6596/864/1/012030.
- MWCNT structure modification at HE:O Plasma Treatment / V.V. Bolotov, K.E. Ivlev, V.E. Kan, E.V. Knyazev, R.K. Makushenko, V.A. Sachkov // AIP Conference Proceedings. Ser. Oil and Gas Engineering, OGE 2020. 2020. С. 040009.
- Liang S., Li G., Tian R. Multi-walled carbon nanotubes functionalized with a ultrahigh fraction of carboxyl and hydroxyl groups by ultrasound-assisted oxidation // Journal of Materials Sience. 2016. Vol. 51, no. 7. P. 3513-3524. DOI: 10.1007/s10853-015-9671-z.
- Некоторые аспекты синтеза многостенных углеродных нанотрубок химическим осаждением из паровой фазы и характеристики полученного материала / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. 2014. Т. 87, № 8. С. 1128-1132.
- Изменение поверхности и свойств многостенных углеродных нанотрубок при физико-химичесом модифицировании / Е.С. Климов, М.В. Бузаева, О.А. Давыдова и др. // Журнал прикладной химии. 2015. Т. 88, № 8. С. 1105-1110.
- Изменение структуры многостенных углеродных нанотрубок при физико-химической обработке / Е.С. Климов, А.В. Исаев, К.Н. Нищев, А.А. Пыненков, Д.А. Горин, Д.Н. Браташов, О.А. Давыдова, М.В. Бузаева, Е.С. Ваганова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 4-3. С. 568-571.
- Способ модифицирования углеродных нанотрубок: пат. 2528985 Рос. Федерация; опубл. 20.09.2014, Бюл. № 26.
- Glebova N.V., Nechitailov A.A. Functionalization of the Surface of Multiwalled Carbon Nano-tubes // Technical Physics Letters. 2010. Vol. 36, no. 10. P. 878-881. DOI: 10.1134/S1063785010100020.
- Поздеева Т.Ю., Порозова С.Е. Модифицирование углеродных нанотрубок перед введением в керамическую матрицу // Технология машиностроения и материаловедение. 2020. № 4. С. 25-28.
- Структура и электрофизические свойства многостенных углеродных нанотрубок, подвергнутых облучению ионами аргона / Е.В. Князев, В.В. Болотов, К.Е. Ивлев, С.Н. Поворознюк, В.Е. Кан, Д.В. Соколов // Физика твердого тела. 2019. T. 61. C. 564-570.
- Tasis D., Tagmatarchis N., Bianko A. et al. Chemistry of carbon nanotubes // Chemical Reviews. 2006. Vol. 106, no. 3. P. 1105-1136. DOI: 10.1021/cr050569o.
- Yudianti R., Onggo H., Sudirman et al. Analysis of functional group sited on multi-wall carbon nanotube surface // The Open Materials Science Journal. 2011. Vol. 5. P. 242-247. DOI: 10.2174/1874088X01105010242.
- Chattopadhyay J., Cortez F., Chakraborty S. et al. Synthesis of water-soluble PEGylated singlewalled carbon nanotubes // Chemistry of Materials. 2006. Vol. 18, no. 25. P. 5864-5868. DOI: 10.1021/cm0611082.
- Rahman M.M. Fabrication of self-assembled monolayer using carbon nanotubes conjugated 1 -aminoundecanethiol on gold substrates // Natural Sience. 2011. Vol. 3. P. 208-218.
- Сорбционные свойства углеродных нанотрубок в зависимости от температуры их синтеза и последующей обработки // С.С. Гражулене, А.Н. Редькин, Г.Ф. Телегин и др. // Журнал аналитической химии. 2010. Т. 65, № 7. С. 699-706.
- Шон Т.Л., Ху В.Н., Раков Э.Г. Углеродные нанотрубки - новый сорбент ионов металлов // Успехи в химии и химической технологии. 2010. Т. 24, № 8 (113). С. 77-79.
- Елецкий А.В. Сорбционные свойства углеродных наноструктур // Успехи физических наук. 2004. Т. 174, № 11. С. 1191-1231.
