CC BY
0"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
ENDOEDRAL KARBIN SINTEZIDA O'TISH HAMDA NODIR METALL KATALIZATORLARINING ROLI
1Fayzullayeva Navbahor Almamat qizi, 2Ergasheva Aziza Abdujabbor qizi, 3Mehmonov Kamoliddin Komiljon o'g'li, 4Xalilov Umedjon Boymamatovich
1talaba, Denov tadbirkorlik va pedagogoka insituti, 2stajyor-tadqiqotchi, O'zR FA, U.A. Arifov nomidagi Ion-plazma va lazer texnologiyalari institute, 3PhD talabasi, O'zR FA, U.A. Arifov nomidagi Ion-plazma va lazer texnologiyalari institute, 4fiz.-mat. fanlari doktori, katta ilmiy xodim, O'zR FA, Arifov nomidagi Ion-plazma va lazer texnologiyalari instituti https://doi.org/10.5281/zenodo.11122285
Abstract. In recent years, the carbyne has become the subject of many studies due to its unique properties. In recent years, carbyne, especially metallocarbynes, has been considered as a promising nanomaterial in the production of nanoelectronics, sensitive devices, and hydrogen storage, which has led to an increased interest in their synthesis.. Because carbine is highly reactive, experimental research on its safe growth in double-walled nanotubes has been intensively conducted over the past five years. Nevertheless, the control of its synthesis, in particular, the growth of longer carbynes, is still one of the pressing problems. In this work, studies were conducted to study the role of metal (in particular, transition and rare metal) catalysts in the synthesis of endohedral carbyne.
Keywords: carbyne, double-walled carbon nanotubes, metal catalysts, molecular dynamics.
Аннотация. В последние годы карбин стал предметом многочисленных исследований благодаря своим уникальным свойствам В последние годы карабины, особенно металлокарбины, рассматриваются как перспективные наноматериалы в производстве наноэлектроники, чувствительных устройств и хранения водорода, что привело к повышенному интересу к их синтезу. Поскольку карбин обладает высокой реакционной способностью, в течение последних пяти лет интенсивно проводились экспериментальные исследования по его безопасному выращиванию в двустенных нанотрубках. Тем не менее, контроль за его синтезом, в частности, выращиванием более длинных карабинов, до сих пор остается одной из актуальных проблем. В данной работе проведены исследования по изучению роли металлических (в частности, переходных и редких металлов) катализаторов в синтезе эндоэдрических карбинов.
Ключевые слова: карбин, двустенные углеродные нанотрубки, металлические катализаторы, молекулярная динамика.
Annotatsiya. Karbin so'ngi yillarda o'zining noyob xususiyatlari tufayli ko'plab tadqiqotlar mavzusiga aylanmoqda. So'nggi yillarda karbinning xususan metallokarbinlarning, ayniqsa, nanoelektronika , sezgir qurilmlar ishlab chiqarishda hamda vodorod saqlash sohalarida istiqbolli nanomaterial sifatida qaralishi ularning sinteziga bo'lgan qiziqishni yanada oshishiga sabab bo'ldi. Karbin o'ta reaktiv bo'lgani tufayli uni ikki qavatli nanonaycha ichida havfsiz o'stirish bo'yicha eksperimental tadqiqotlar oxirgi besh yillikda jadallik bilan olib borilmoqda. Shunga qaramay, uning sintezini boshqarish, xususan, uzunroq karbin o'stirish haligacha dolzarb muammolardan bo'lib turibdi. Ushbu ishda, endoedral karbin sintezida metall (xususan, o'tish hamda nodir metal) katalizator rolini o'rganish bo'yicha tadqiqotlar olib borildi.
ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI' RESPUBLIKAILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
Kalit so'zlar: karbin, ikki qavatli uglerod nanonaychalari, metall katalizatorlar, molekulyar dinamika.
Bugungi kun nanotexnologiyasida uglerodli nanomateriallarning o'rni juda katta. Xususan uglerodning bir o'lchovli chiziqli zanjiri hisoblangan karbin o'zining ajoyib fizik- kimyoviy xossalari [1-3], xususan mustahkamligi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, o'sish bosqichini boshqarish orqali elektron xususiyatlarini o'zgartirish mumkinligi bilan uglerodning boshqa allatroplarini (UNN, olmos va h.k,) ortda qoldiradi. Karbin ham grafen singari bir atom qalinligida bo'lib, massasiga nisbatan juda katta sirt maydonini beradi. Bu xususiyat batareyalar va superkondensatorlar kabi energiya saqlash matritsalarida muhim ahamiyatga ega. Bundan tashqari karbin hamda metallokarbinlar mikroelektronikada [4] hamda vodorod saqlash sohasida [5] istiqbolli nanomaterial sifatida qaralmoqda. Uzun uglerod zanjirlarini sintez qilish bugungi kunning dolzarb masalalaridan biri hisoblanadi. Biroq karbin mustahkam bo'lishi bilan birga juda reaktiv material hamdir. Shuning uchun karbinni ikki qavatli nanonaycha ichida havfsiz o'stirish bo'yicha eksperimental tadqiqotlar oxirgi besh yillikda jadallik bilan olib borilmoqda. Shunga qaramay, uning sintezini boshqarish, xususan, uzunroq karbin hamda metallokarbinlarni o'stirish haligacha dolzarb muammolardan bo'lib turibdi.
Shu sabali ushbu ishda, endoedral karbin sintezini hamda uzunligini boshqarishda o'tish (Ni) hamda nodir( Pt, Au) metall katalizatorlar rolini o'rganish bo'yicha tadqiqotlar ilk marta olib borildi.
Tadqiqotda jarayonlarni modellashtirish reaktiv molekulyar dinamika (MD) ga asoslangan LAMMPS dasturiy to'plam [6] orqali amalga oshirildi. Atomlarning o'zaro ta'sirini ifodalash uchun ReaxFF potensiali parametrlaridan [7-9] foydalanildi. Model tizim sifatida Ni5@(5,5)@(10,10), Pt5@(5,5)@(10,10) hamda Au5@(5,5)@(10,10) tanlandi. Eksperimentlarda olinadigan juda uzun nanonaychaga taqlid qilish maqsadida, model nanonaycha uzunligi (z o'qi yo'nalishi) bo'yicha davriy chegara shartlari qo'llanilgan. Termodinamik tizimlar dastlab energiyasi keskin tushish va birlashgan gradient usullarini navbatma-navbat qo'llash orqali minimallashtirildi. Keyin, NpT ansamblda 1 K/ps tezlik bilan 1700 K haroratgacha qizdirilib, NVT ansamblda termodinamik muvozanatda ushlab turildi. So'ngra, tanlangan C2 birikmalari IQUNN ichiga 100 ps interval bilan kiritib borildi. Kiritilgan gazlarning tezliklari yo'nalishi tasodifiy va
a
c
»
"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
moduli 1700 K haroratdagi o'rtacha kvadratik tezligiga mos holda tanlandi. MD modellashtirishlarda vaqt qadami 0,1 fs sifatida tanlandi.
1-rasm Endoedral karbinning (a) nikel (b) oltin va (c) platina katalizatorlari ishtirokidagi sintezi. Bunda nikel.oltin hamda platina atomlari mos ravishda yashil sariq va kulrang ranglarda, hosil bo'lgan karbin zanjiri esa qora rangda tasvirlangan.
Dastlabki olingan natijalar shuni ko'rsatdiki, nikel katalizatori ishtirokida nikel bilan tugallanadigan uzun uglerod zanjirlarini F. Banhart, Chains of Carbon Atoms: A Vision or a New Nanomaterial?, Beilstein J. Nanotechnol. 6, 559 (2015).
2. L. Ravagnan, N. Manini, E. Cinquanta, G. Onida, D. Sangalli, C. Motta, M. Devetta, A. Bordoni, P. Piseri, and P. Milani, Effect of Axial Torsion on Sp Carbon Atomic Wires, Phys Rev Lett 102, 245502 (2009).
3. E. Cinquanta, L. Ravagnan, I. E. Castelli, F. Cataldo, N. Manini, G. Onida, and P. Milani, Vibrational Characterization of Dinaphthylpolyynes: A Model System for the Study of End-Capped Sp Carbon Chains, J. Chem. Phys. 135, 194501 (2011).
4. Y. Prazdnikov, Prospects of Carbyne Applications in Microelectronics, Journal of Modern Physics 02, (2010).
5. P. B. Sorokin, H. Lee, L. Yu. Antipina, A. K. Singh, and B. I. Yakobson, Calcium-Decorated Carbyne Networks as Hydrogen Storage Media, Nano Lett. 11, 2660 (2011).
6. A. P. Thompson et al., LAMMPS - a Flexible Simulation Tool for Particle-Based Materials Modeling at the Atomic, Meso, and Continuum Scales, Computer Physics Communications 271, 108171 (2022).
7. C. Zou, Y. K. Shin, A. C. T. van Duin, H. Fang, and Z.-K. Liu, Molecular Dynamics Simulations of the Effects of Vacancies on Nickel Self-Diffusion, Oxygen Diffusion and Oxidation Initiation in Nickel, Using the ReaxFF Reactive Force Field, Acta Materialia 83, 102 (2015).
8. J. Mueller, A. van Duin, W. Goddard, and W. A, Development and Validation of ReaxFF Reactive Force Field for Hydrocarbon Chemistry Catalyzed by Nickel, The Journal of Physical Chemistry C 114, (2010).
9. G.-T. Bae and C. M. Aikens, Improved ReaxFF Force Field Parameters for Au-S-C-H Systems, J. Phys. Chem. A 117, 10438 (2013).
sintez qilish mumkin. Oltin va platina katalizatorlari esa nikel katalizatoridan farqli metallangan uglerod zanjirlarini sintez qilish imkonini berishi mumkin (1-rasm).
Umuman olganda, bu natijalar hozirgi uglerod nanotexnologiyasi uchun karbin sintezidagi kelajakdagi yutuqlar uchun qimmatli tushunchalar berib, katalizatorning rolini atomar darajada ochib tushunishga yordam beradi.
REFERENCES
1.
