CC BY
63
Благодарности
Авторы выражают признательность сотрудникам аналитической лаборатории А. А. Широкой и А. И. Новикову.
Литература
1. Угай Я. А. Введение в химию полупроводников. М.: Высшая школа, 1975. 302 с.
2. Шадрунова И. В., Орехова Н. Н. Извлечение цветных металлов из гидроминеральных ресурсов: теория и практика. М., 2009. 215 с.
3. Кременецкая И. П., Корытная О. П., Васильева Т. Н. Реагент для иммобилизации тяжелых металлов из серпентинсодержащих вскрышных пород // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2008. № 4. С. 33-40.
4. Кременецкая И. П., Иванова Т. К. Извлечение тяжелых металлов из высококонцентрированных растворов термоактивированным серпентином // Новейшие достижения в области инновационного развития в химической промышленности и производстве строительных материалов. Мн.: БГТУ, 2015.С. 14-17.
5. Шваров Ю. В. // Геохимия. 2008. № 8. С. 898-903.
Сведения об авторах Щербакова Алена Николаевна
студентка, Апатитский филиал Мурманского государственного технического университета, г. Апатиты, Россия Иванова Татьяна Константиновна
инженер, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты; младший научный сотрудник, Лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, [email protected] Кременецкая Ирина Петровна
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, [email protected]
Shcherbakova Alena Nikolaevna
Student, Apatity Branch of Murmansk State Technical University, Apatity, Russia Ivanova Tatiana Konstantinovna
Engineer, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity; Junior Researcher, Laboratory of Nature-Inspired Technologies and Environmental Safety of the Arctic of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] Kremenetskaya Irina Petrovna
PhD (Engineering), Senior Researcher, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected]
РСН: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.018 УДК 546.26
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛИЗОВАННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА Ю. В. Иони, С. П. Губин
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия Аннотация
Исследование посвящено возможности модификации поверхности оксида графена органическими функциональными группами и/или наночастицами металлов. Наличие множества кислородсодержащих групп позволяет успешно проводить реакции метилирования поверхности, а также позволяет им выступать центрами кристаллизации металлических кластеров и наночастиц. Полученные вещества охарактеризованы комплексом методов физико-химического анализа: элементным анализом, рентгенофазовым анализом, ИК-спектроскопией и электронной микроскопией. Ключевые слова:
графен, оксид графена, модификация, наночастицы.
OBTAINING AND PROPERTIES OF FUNCTIONALIZED GRAPHENE OXIDE
Y. V. loni, S. P. Gubin
Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract
The study is devoted to the possibility of surface modifying of graphene oxide with organic functional groups and/or metal nanoparticles. The presence of many oxygen-containing groups makes it possible to conduct surface methylation as well as allows them to be the centers of crystallization for metal clusters and nanoparticles. The obtained substances are characterized by different physicochemical analysis methods such as elemental analysis, x-ray diffractive analysis, IR spectroscopy and electron microscopy. Keywords:
graphene, graphene oxide, modification, nanoparticles.
Среди существующих наноразмерных форм углеродных материалов выдающееся место занимает оксид графена (ОГ), который известен, прежде всего, как прекурсор для химического способа получения графена [1]. Однако наряду с его восстановлением существует огромное количество как потенциальных, так и уже используемых способов применения: в качестве носителя для катализатора, как составная часть полимерных композитов, основа для фотосенсоров и суперконденсаторов, в биомедицине и т. д. [2]. При этом ОГ является гидрофильным веществом и легко диспергируется в воде, образуя сверхстабильные коллоидные системы. Хотя ОГ был впервые получен еще в середине XX в., его точная химическая структура все еще неоднозначна и сильно зависит от способа получения. Обобщенно он представляет собой протяженную ароматическую систему атомов углерода, которая покрыта различными кислородсодержащими группами (гидроксильными, карбонильными, оксигруппами).
В своей работе мы смогли реализовать различные способы модификации ОГ как функциональными группами, так и наночастицами различного состава. Полученные вещества были охарактеризованы комплексом методов физико-химического анализа.
Используемый в работе ОГ получали по модифицированному методу Хаммерса [3] путем последовательного окисления природного графита с дальнейшей обработкой ультразвуком для получения устойчивой дисперсии в воде. Для получения твердого продукта ОГ осаждали центрифугированием и сушили при температуре 50 °С. Согласно данным РФА, продукт реакции содержит единственную фазу оксида графита, для которой угол 29 = 11,5 °. Далее полученный порошок ОГ функционализировали путем двухстадийного метилирования его поверхности при взаимодействии с триметилортоформиатом и метилиодидом (рис. 1). Полученный продукт представляет собой ОГ с поверхностью, закрытой группами О-СНз. Согласно данным элементного анализа, в исходном ОГ 58 % С, 1,5 % Н и 39 % О; после модификации — 70 % С, 1,8 % Н и 26,5 % О. Согласно данным ИК-спектроскопии, в модифицированном ОГ по сравнению с исходным веществом появляются: интенсивный пик в области 2900 см-1, что соответствует валентным колебаниям связей С-Н в СНз-группах; полоса в области 2850 см-1, соответствующая валентным колебаниям связей С-Н в присоединенных к гетероатомам кислорода метильных группах; полоса средней интенсивности в области 1458 см-1, соответствующая антисимметричным деформационным колебаниям связей С-Н в группах СНз; полосы в области 1023-1155 см-1, относящиеся к валентным колебаниям связей С-О-С в эпоксигруппах.
Рис. 1. Схема метилирования оксида графена
Далее метилированный ОГ использовали как платформу для нанесения наночастиц родия на его поверхность путем восстановления хлорида родия при помощи №ВЩ. Также наночастицы ЯЪ
наносили на чистый ОГ (не содержащий метоксигрупп на поверхности) с целью подтверждения универсальности метода. Кроме того, описанный метод с успехом применяется для нанесения наночастиц различного типа (металлических, оксидов металлов, полупроводниковых наночастиц и т. п.) на поверхность ОГ с целью применения в различных областях [4].
Рис. 2. Модифицированный оксид графена как подложка для наночастиц
Таким образом, в данной работе показана возможность различной функционализации ОГ органическими группами и наночастицами с целью получения материалов с заданными свойствами для их широкого применения. Полученные вещества, в свою очередь, были с успехом апробированы как катализаторы гидроформилирования непредельных органических веществ.
Литература
1. Pei S., Cheng H. M. The reduction of graphene oxide // Carbon. 2012. Vol. 50. P. 3210-3229.
2. The chemistry of graphene oxide / D. R. Dreyer et al. // Chem. Soc. Rev. 2010. Vol. 39 (1). P. 228-240.
3. Hummers W., Offeman R. Preparation of graphitic oxide // J. Am. Chem. Soc. 1958. Vol. 80. P. 1339.
4. Ioni Y., Buslaeva E., Gubin S. Synthesis of Graphene with Noble Metals Nanoparticles on its Surface // Mat. Today: Proceed. 2016. Vol. 3. P. S209-S213.
Сведения об авторах
Иони Юлия Владимировна
кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected] Губин Сергей Павлович
доктор химических наук, профессор, Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия, [email protected]
Ioni Yulia Vladimirovna
PhD (Chemistry), Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected] Gubin Sergey Pavlovich
Dr. Sc. (Chemistry), Professor, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected]
DOI: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.019 УДК 548.736.442, 620.179.152.1
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ В LiNbO3 М. Н. Палатников1, А. В. Кадетова1, Л. А. Алёшина2, О. В. Сидорова2
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ
«Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
2Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск, Россия
Аннотация
Рентгенографическими методами исследовались изменения структурного состояния кристаллов ниобата лития при гомогенном легировании их магнием в области 5 мол. %. Было установлено, что изменения в структуре кристаллов LiNbO3 : Mg происходят не только в области дефекта внедрения, но и в области основного мотива структуры: изменяются длины связей в октаэдрах основного мотива и расстояния Nb-Li вдоль полярной оси кристалла. При этом магний, внедряясь в вакантный литиевый октаэдр, сильнее искажает форму октаэдра, чем ниобий. Ключевые слова:
ниобат лития, рентгеноструктурный анализ, дефекты, структурные характеристики.
ANALYSIS OF DOPING INFLUENCE ON STRUCTURAL DEFECTS IN LiNbO3 M. N. Palatnikov1, A. V. Kadetova1, L. A. Aleshina2, O. V. Sidorova2
1Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC "Kola Science Centre RAS", Apatity, Russia 2Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia
Abstract
Changes in a structural state of homogeneous doped lithium niobate crystals with magnesium in the region of 5 mol. % were studied by X-ray diffraction methods. It was found that the changes in the structure of LiNbO3 : Mg occured not only in the region of the impurity defect, but also in the region of the main motive of the structure. Bond lengths in the octahedra of the main motive and the Nb-Li distance along the polar axis of the crystal changed. The magnesium introduced into the vacant lithium octahedron distorted the shape of the octahedron more strongly than niobium. Keywords:
lithium niobate, X-ray diffraction study, defect structure, structural characteristics.
В настоящее время коллективами учёных во всем мире ведётся исследование легированных кристаллов ниобата лития и поиск такой легирующей примеси, концентрации и технологии легирования, которые бы обеспечили получение высокосовершенных кристаллов, стойких к оптическим повреждениям [1, 2].
Особенности кислородно-октаэдрической структуры ниобата лития допускают легирование кристаллов различными элементами начиная от Н+ с валентностью +1 и заканчивая редкоземельными катионами с валентностью +3.
Сильно легированные нефоторефрактивными примесями (Zn, Mg, In, Се, Er, Tb и др.) кристаллы обладают низким эффектом фоторефракции и низкими значениями напряженности коэрцитивного поля. Такие кристаллы перспективны в качестве оптических материалов для преобразования лазерного излучения на искусственно созданных периодически поляризованных доменах субмикронных размеров.
В связи с этим одной из актуальных задач на данный момент является изучение вызванных нестехиометрией или легированием изменений структуры и свойств кристаллов ниобата лития (LiNbOs). Современные неразрушающие прямые методы исследования тонкой и атомной структур кристаллических материалов позволяют с прецизионной точностью зафиксировать тонкие детали их строения и дают надежную информацию о структурной обусловленности физических свойств таких кристаллов.
Интерес к исследованию кристаллов, легированных высокими концентрациями магния в области пороговых ~ 5 мол.%, обусловлен тем, что они обладают высокой стойкостью к оптическим повреждениям, в результате чего появляется возможность использования их в оптических преобразователях на периодически поляризованных структурах [3].
