Рентгенэлектронное исследование закономерностей роста металлоуглеродных наноформ в нанореакторах Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 544.169; 544.185

РЕНТГЕНОЭЛЕКТРОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РОСТА МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫХ НАНОФОРМ В НАНОРЕАКТОРАХ

1,2ШАБАНОВА И.Н., 2ТЕРЕБОВА НС.

1Удмуртский государственный университет, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1

2Физико-технический институт УрО РАН, 426000, г. Ижевск, ул. Кирова, 132

АННОТАЦИЯ. Для проведения систематических исследований электронной структуры наносистем синтезированы модельные образцы наноструктур, в которых в качестве модификаторов использовались переходные металлы с различным числом d-электронов и sp-элементы II, III периодов с различным числом валентных р-электронов. Получены закономерности восстановления металлов и синтеза различных наноформ в нанореакторе от содержания, типа модификатора и строения нанореактора. Исследована активность синтеза наноструктур в зависимости от добавок sp-элементов. Показано, что sp-гибридизация атомов углерода, заполнение и тип d-оболочки определяет форму металлоуглеродных наноструктур.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: химическое строение и геометрическая структура металлоуглеродных наносистем, рентгеноэлектронная спектроскопия, низкоэнергетический синтез, катализаторы, сателлитная структура спектров с1б.

ВВЕДЕНИЕ

Нанотехнологический подход означает целенаправленное регулирование свойств объектов на молекулярном и надмолекулярном уровне, т.е. получение наноструктур "снизу вверх" от молекул к надмолекулярным структурам. Несмотря на огромное число теоретических и экспериментальных работ по изучению углеродных наносистем, до сих пор нет единой картины, позволяющей объяснить структуру и свойства новых форм.

Для понимания природы квантово-механических эффектов необходимо применение экспериментальных методов исследующих химическое строение наночастиц на атомном уровне, т.е. одной из основных задач является развитие методов диагностики, которые позволят контролировать промежуточные и конечные результаты создания наноматериалов. В связи с этим приобретает особую актуальность развитие метода рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС).

Целью работы является определение закономерностей влияния заполнения ё- и р-элек-тронных оболочек атомов ё-металла и Бр-элементов II и III периодов на химическое строение и форму образующихся металлоуглеродных наноформ в нанореакторах методом РЭС.

В основе исследований формирования наноструктур определенной формы и их свойств лежит концепция изучения межатомного взаимодействия исходных компонентов, образование гибридизированной химической связи ё-электронов атомов металла с р-электронами атомов Бр-элемента (углерода).

Для изучения межатомного взаимодействия исходных компонентов, образования гиб-ридизированной химической связи ё-р-электронов проведено систематическое исследование:

1) Зависимости активности роста и формы наноструктур от заполнения ё-оболочки модификаторов и содержания компонентов.

2) Зависимости формы наноструктур от строения нанореактора.

3) Влияния добавок Бр-элементов Р) в полимерную матрицу на активность роста металлоуглеродных наноструктур.

4) Определение атомного магнитного момента ё-металлов в наноструктурах.

ЭКСПЕРИМЕНТ

Для определения формы металлоуглеродных структур и химической связи атомов их компонент применен метод РЭС. Важной особенностью метода является его неразрушающий характер воздействия. Этого нельзя сказать о методах анализа поверхности, которые связаны с ее ионной или электронной бомбардировкой.

Исследования методом РЭС проводились на рентгеноэлектронном магнитном

спектрометре с разрешением 10-4, светосилой прибора - 0,085 % при возбуждении AlKa

_8 —10

линией, в вакууме 10_-10_10 Па. Данный спектрометр обладает рядом преимуществ по сравнению с электростатическими рентгеноэлектронными спектрометрами, которые заключаются в постоянстве светосилы и разрешающей способности вне зависимости от энергии электронов, высокой контрастности спектров, а также возможности внешних воздействий на образец во время измерений [1].

Объектами исследований являлись металлоуглеродные наноструктуры, полученные низкотемпературным синтезом (до 400 °С) в нанореакторах, представляющих собой протяженные полости, образованные макромолекулами в гелях полимерных материалов. В качестве модификаторов использовались 3d-металлы (Mn, Co, Ni) в виде солей MeCl2 и ультрадисперсных частиц [2]. Образцы были получены в Международном научно-образовательном центре химической физики и мезоскопии (г. Ижевск). Эталонные образцы: графит и алмаз. Однослойные и многослойные нанотрубки получены методом электродугового синтеза, аттестация этих образцов была проведена методами рамановской спектроскопии и термогравиметрией в Институте проблем химической физики РАН (г. Черноголовка).

Изучаемые образцы представляли собой непроводящие системы, на поверхности которых при воздействии рентгеновского луча возникает положительный заряд. Чтобы исключить влияние эффектов зарядки, устанавливалась алюминиевая сетка между анодом рентгеновской трубки и поверхностью образца. Исследуемые образцы представляли собой мелкодисперсные порошки. Порошок втирался в рифленую медную подложку тонким слоем порядка 1 мкм. В качестве эталонов наносистем использовали: фуллерены, одностенные и многостенные нанотрубки, аморфный углерод и др. Образование углеродных наноструктур, содержащих d-металлы, происходит в ходе окислительно-восстановительного процесса, в котором окислителем выступают соединения d-металла, а восстановителями являются углеводородные или аминные группы. В ходе процесса из сферы взаимодействий удаляется хлор, водород и кислород, происходит карбонизация с формированием соответствующих наноструктур.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для проведения систематических исследований электронной структуры наносистем синтезированы модельные образцы наноструктур, в которых в качестве модификаторов использовались переходные металлы с различным числом d-электронов и sp-элементы II, III периодов с различным числом валентных p электронов. Исследовались электронные C1s, O1s, Me3d, Me3s, X2p спектры изучаемых модельных образцов.

С целью развития метода РЭС для изучения химической связи, sp-гибридизации валентных электронов и ближнего окружения атомов углерода в наноструктурах необходимо было интерпретировать C1s спектр, т.е. разложить его на составляющие. В работе [3]

2 3

исследовались эталоны: C-C (sp ) — графит, C-C (sp ) — алмаз, С-Н — углеводороды. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры C1s- спектров эталонных образцов

Образцы Положение Положение ДБ, эВ Полная ширина на 1сат /'I0

сателлита, эВ C1 s- пика, эВ половине высоты, эВ (А=10 %)

углеводороды С-H 292,0±1,0 285,0±0,1 7±1 2,0±0,1 0,10

Графит C-C (sp2) 306,0±1,0 284,3±0,1 22±1 1,8±0,1 0,10

алмаз C-C (sp3) 313,0±1,0 286,1±0,1 27±1 1,8±0,1 0,15

Однослойные 306,0±1,0 284,3±0,1 22±1 1,8±0,1 0,10

нанотрубки 313,0±1,0 286,1±0,1 27±1 1,8±0,1 0,15

Многослойные 306,0±1,0 284,3±0,1 22±1 1,8±0,1 0,10

нанотрубки 313,0±1,0 286,1±0,1 27±1 1,8±0,1 0,15

У полимерных систем, имеющих ненасыщенные связи, ожидается наличие shake-up сателлита на расстоянии 7 эВ от основной линии, интенсивность которого составляет 10 % от интенсивности основной линии. Такая структура однозначно соответствует двум переходам с возбуждением электрона, находящегося на одной из двух заполненных орбиталей на незаполненную орбиталь. Следовательно, наличие этих сателлитов в C1s спектре является указанием на присутствие C-H групп в исследуемом материале.

В спектре графита сателлит находится на расстоянии 22 эВ от основного максимума, его относительная интенсивность 10 %. Сателлит обусловлен плазмонными потерями [3,4]. При рентгеноэлектронном исследовании алмаза наблюдается сателлит с энергией связи 313 эВ, на расстоянии 27 эВ, с относительной интенсивностью 15 % от основного пика [3,5]. Калибровка спектров осуществлялась по положению и интенсивности сателлитных линий. Ширина спектров определялась из эталонных спектров. Разложение спектров на составляющие проводилось программой, основанной на методе наименьших квадратов. Точность в определении положения пиков составляет 0,1 эВ. Вычитание интенсивности фона проводилось по стандартной методике, предложенной Д.А. Ширли [4]. Ошибка в определении контрастности электронных спектров при этом составила не более 5 %.

Для идентификации формы исследуемых наноструктур изучались модельные наноформы с известной структурой: однослойные и многослойные нанотрубки [3]. В C1s-

нанотрубок (табл. 1) присутствуют составляющие С-С c sp - и электронов c энергиями связи 284,3 и 286,1 эВ, с

спектре однослойных sp3-гибридизацией валентных

интенсивностью 2:1.

C-H

C-C (sp3)

Л

н о

о «

PQ К

о «

<D

н «

к «

л

ч

<D

н к

о

о «

н

о

282 284 286 288 290

Энергия связи, эВ

Рис. 1. С^ спектры металлоуглеродных наноструктур, полученных из смеси антрацена и хлорида марганца, с разным содержанием МпС12: а) 1:1; Ь) 1:2; с) 1:3 - в мольном отношении

Похожая ситуация наблюдается в С^ спектре многослойных нанотрубок. В С^ спектре алмаза присутствует преимущественно составляющая, характерная для С-С связи с sp3-нибэидизацией валентных электронов. Можно предположить, что соотношение sp2- и $р3-нибридгоированных валентных электронов углерода будет меняться в зависимости от диаметра и вида получаемых наноструктур. Для многослойных нанотрубок и фуллеренов больших диаметров можно ожидать значительное увеличение sp2-нибэидизации валентных электронов атомов углерода, по сравнению с sp3-нибэидизацией. Таким образом, изучение эталонов с известной структурой дает возможность идентифицировать любую исследуемую структуру по форме С^ спектров.

На рис. 1 представлены С^ спектры металлоуглеродных наноструктур, полученных из смеси антрацена и МпС12. С увеличением содержания металла - модификатора в смеси наблюдается рост С-С связей с sp -гибридизацией валентных электронов, а число С-Н связей уменьшается, однако их относительное содержание остается достаточно большим. Даже при содержании соли 3 моля относительное содержание С-Н связей остается высоким.

С-С(Бр2)

С-Н

C-C(sp3) С-О

Замена хлорида марганца на хлорид никеля (рис. 2) приводит к появлению С-С

3 2

связей не только с Бр -, но и с Бр -гибридизацией. Это приближается к случаю углеродных нанотрубок. Содержание С-Н связей невелико

Из рис. 2 видно, что рост нанотрубок лучше всего осуществляется с использованием в качестве модификатора хлорида никеля. Даже при содержании 2 молей №С12 в смеси наблюдается резкий скачок отношения С-С к С-Н связям, что говорит об образовании большего количества нанотрубок.

Анализ полученных результатов показал зависимость относительного содержания С-С связей и типа гибридизации валентных электронов на атомах углерода от заполнения d-оболочки металла - модификатора. Так как Мп имеет пространственно протяженную d-волновую функцию и поэтому сильное перекрытие d-p-волновых функций Мп и металлоида (С, С1), то из-за сильной связи атомов Мп и С1 остается значительное количество углеводородов, образуются углеродные скопления вокруг атомов Мп с Бр -конфигурацией валентных электронов, наподобие аморфного углерода. Это связано с образованием сильной связи атомов Мп с атомами углерода. В результате чего тормозится процесс графитизации и образуются компактные включения углерода с Бр3-гибридизацией электронов. При замене марганца никелем с d-оболочкой близкой к заполнению, с сильно локализованной d-волновой функцией в окрестности своего атома образуются более слабые связи атомов № с металлоидом (С, С1). Поэтому разложение углеводородов проходит легче, чем в случае с Мп. Слабые связи № и углерода не позволяют образовывать множественные

н о о я и

О

я <и н я

я %

я

л <ц

н

О

о я н

О

282 284 286 288 290 Энергия связи, эВ

Рис. 2. С^ спектры металлоуглеродных наноструктур, полученных из смеси антрацена и хлорида никеля, с разным содержанием №С12: а) 1:1; Ь) 1:2; с) 1:3 - в мольном отношении

3

углеродные скопления вокруг атомов №, и поэтому наряду с Бр -гибридизацией формируется

2 Бр2-

Бр -гибридизация и образуется графеновая сетка. Соотношение С-С с Бр"- и 8р3-гибридизацией валентных электронов 2:1. Это соотношение совпадает с полученными данными для эталонных однослойных нанотрубок.

Для кобальта имеет место промежуточная ситуация: остается незначительная часть

23

углеводородов, образуются С-С связи с Бр - и Бр -гибридизацией валентных электронов в соотношении меньшем, чем для №.

Таким образом, изучение формирования металлоуглеродных наноструктур и влияния типа и концентрации металлического модификатора на выход углеродных нанотрубок показало, что применение в качестве модификаторов солей переходных d-металлов приводит к образованию С-С с Бр2- и вр3-гибридизацией валентных электронов и С-Ме связей. Отношение С-С (Ме) и С-Н связей зависит от содержания модификатора. Число С-С и С-Ме связей относительно С-Н связей зависит также от заполнения d-оболочки металла -модификатора. С увеличением заполнения d-оболочки при переходе от Мп к Со и № относительное число С-С и С-Ме связей увеличивается (рис. 3).

0.00 1.00 2.00 3.00

Содержание металлического модификатора, моль

Рис. 3. Отношение С-С и С-Н связей в зависимости от содержания металлического модификатора и заполнения d-оболочки металла

Квантово-химические расчеты, приведенные в работе [6], дают следующий ряд металлов по уменьшению прочности связи металл - ароматическое кольцо: Мп-Со-№. В этом же ряду согласно расчетам облегчается и отрыв водорода от кольца. Эти расчеты показали, что вероятность образования нанотрубок, получаемых методом низкоэнергетического синтеза, растет в ряду Мп-Со-№, что хорошо согласуется с экспериментальными результатами РЭС.

Проведено сравнение полученных результатов с данными электронной микроскопии. Изучение микроструктуры образцов проводилось на просвечивающем электронном микроскопе JEM-200CX при ускоряющем напряжении 160 кВ (микроструктуры приведены на рис. 4.).

а) Ь) с)

Рис. 4. Микроструктуры металлоуглеродных систем, полученных из смеси полимера и хлорида металла:

а) МпСЬ; Ь) СоСЬ; с) МСЬ

По результатам электронной микроскопии выявлено, что микроструктура образцов, полученных из смеси антрацена и хлорида марганца, представляет собой скрученные в рулон перфорированные пленки, которые стыкуются друг с другом боковыми поверхностями (рис. 4, а). Для улучшения интерпретации структуры край образца был термически разрушен под действием электронного пучка. В результате хорошо выявилось пространственное поперечное сечение образца, слоистое расположение пленок в нем, а также ячеистое строение самих пленок. Размер перфорации на пленках от 0,5 до 2,5 мкм.

Для образцов, полученных из смеси антрацена и хлорида кобальта (рис. 4, Ь), наблюдались крупные образования, которые при малом увеличении подобны дендритам, дифракция от них характерна для аморфного состояния. Можно предположить, что такие протяженные «дендриты» образованы из аморфного углерода.

На рис. 4, с приведена микроструктура образца, полученного из смеси антрацена и хлорида никеля. Наблюдался рост нанокристаллической структуры, которая формируется на дендритах. Образование тубуленов начинается на аморфном углероде. Наночастицы металла, вкрапленные в аморфный углерод, являются основой для роста тубуленов. На частицах металла происходит рост разветвленных структур, так называемых «дендритов», а затем растут тубулены.

Полученные данные по механизму образования металлоуглеродных наноструктур совпадают с результатами по рентгеноэлектронной спектроскопии. Результаты рентгеноэлектронных исследований также как и данные по электронной микроскопии представляют разные стадии образования нанотрубок.

Установлено, что от размеров и формы нанореакторов зависит структура образующихся наноформ [7]. Образование нанореак-торов из гелей сложного состава, включающих полиэтиленполиамин (ПЭПА), приводит к ускорению процессов восстановления металлов и графитизации. На рис. 5 приведены рентгеноэлектронные С1б спектры простых и сложных гелей ПВС, ПЭПА.

В отличие от гелей ПВС в сложных гелях, содержащих ПЭПА происходит увеличение восстановленного никеля, скоординированного на С=С связи (№-С) (рис. 5, Ь). С увеличением содержания никеля в нанореакторе наблюдается образование нанотрубок.

Изучено влияние добавок Бр-элемента (№,Р) в полимерную матрицу на активность роста наноструктур. Наибольшее влияние оказывает присутствие азота, который образует прочную ковалентную связь с водородом, освобождая при этом атомы углерода, и фосфора, легко взаимодействующего с кислородом. Это видно на

Рис. 5. Рентгеноэлектронные СЬ спектры примере синтеза наноструктур в нан°реак-

образцов, изготовленных из следующих смесей: торах, когда в качестве модификатора а) 2ПВС+ 1№СЬ; Ь) 1ПВС+1ПЭПА+ 1№С12 используется Fe2O3.

Процесс восстановления в этом случае затруднен и выход нанопродукта мал. Активность восстановительного процесса возрастает, если при синтезе кроме полимера и окисла железа добавить (№Н4)5РО4. В этом случае железо восстанавливается и происходит образование наноструктур.

Для исследования формирования наноструктур определенной формы необходимо изучить межатомное взаимодействие исходных компонентов, возможность образования гибридизированной химической связи d-электронов металла с р-электронами атомов Бр-элементов. Для этого проведено систематическое исследование 3Б-спектров по выявлению корреляции параметров мультиплетного расщепления 3Б-спектров с числом нескомпенсированных d-электронов атомов металла и изменением ближнего окружения атомов.

^

н о о я и

О

я <и н я

я %

я

л <ц

н

О

о я н

О

С-С(Бр2) С-Н

А

С-С(Бр3) С-О

282 284 286 288 290

Энергия связи, эВ

Для большинства систем переходный металл - лиганд модель, связывающая параметры рентгеноэлектронных 3s-спектров с изменения спинового состояния на атоме металла правильно предсказывает тенденцию изменения атомной структуры [8]:

- относительная интенсивность максимумов мультиплетов 3s-спектров коррелирует с числом неспаренных d-электронов атомов в системах 3d-металлов;

- расстояние между максимумами мультиплетов даёт информацию об обменном взаимодействии 3 s- 3d-оболочек. По изменениям, происходящим в 3d-оболочке (локализация или гибридизация), получаем информацию по Isd об изменении расстояния между соседними атомами;

- форма валентных полос, которая представляет собой энергетическое распределение плотности d-состояний, определяет их локализацию связанную с межатомным взаимодействием что дает информацию о ближнем окружении атомов;

- наличие изменений в форме 3s-спектров и валентных полос дает информацию об изменении структуры ближнего окружения атомов 3d-металлов [9].

Данная модель была использована при исследовании металлоуглеродных наноструктур, полученных в нанореакторе поливинилового спирта (ПВС) с использованием в качестве модификаторов ультрадисперсных порошков Fe, Co, Ni, Cu.

Спектр O1s во всех изученных образцах малоинтенсивен и характерен для адсорбированного кислорода. Во всех исследуемых образцах наноструктур в спектре C1s присутствуют составляющие Me-C и С-С, что свидетельствует об образовании металлоуглеродных наноструктур [10].

Изучение особенностей структуры Me3s-спектров, исследуемых образцов показали изменение относительной интенсивности максимумов мультиплетного расщепления и расстояния между ними по сравнению с 3 s спектрами чистых металлов (табл. 2).

Таблица 2

Параметры мультиплетного расщепления 3s-cneKTpoB в эталонах и наноструктурах

Образец I2/I1 A, eV Й^ ЙБ Й№ ЙБ Й-Cto ЙБ ЙFe, ЙБ

Ni3sмассив 0,15 4.3 0,5

Ni3Sнано (C). 0,32 3 1,8

Со3Эмассив 0,29 4,6 1,6

Со3^ано (C) 0,48 5,4 2,3

СиЗ^ано (C) 0,24 3,5 1,5

Fe3s массив 0,48 3,9 2,2

Fe3s нано (nBC+NH4)5PO4) 0,5 4,0 2,5

I2/I1 - отношение интенсивностей максимумов линий мультиплетного расщепления;

Д - энергетическое расстояние между максимумами мультиплетного расщепления в 3s-спектрах чистых металлов Fe, Со, № и наноструктур Fe, №, Со, Си.

Полученные результаты указывают на увеличение числа нескомпенсированных d-электронов в атомах металлов в наноструктурах с Со и N1 и появление их на атомах Си. Увеличение числа нескомпенсированных d-электронов можно объяснить участием d-электронов атомов металлов в гибридизированной химической связи с р-электронами атомов углерода. Следовательно, по сравнению с чистыми металлами в наноструктурах, атомный магнитный момент в Со, N1 увеличивается и появляется на атомах Си.

Различие в расстояниях мультиплетного расщепления в 3Б-спектрах Бе, Со и N1 по сравнению с чистыми металлами свидетельствует о различии расстояний между атомами углерода и атомами металла в наноструктурах. Это можно объяснить возникновением

разных наноформ в зависимости от используемых модификаторов. Уменьшение расстояния между мультиплетами в наноструктурах № по сравнению с чистым № указывает на сближение атомов № и С на значительно меньшие расстояния, чем между атомами Ме-С в карбидах металла [11], за счет внедрения атомов углерода в металлическую частицу. Это свидетельствует об образование прочной гибридизированной связи №-С. Увеличение расстояния между мультиплетами в наноструктурах с Со и Fe по сравнению с чистыми металлами, указывает на увеличение расстояния между атомами Ме и С в наноструктурах. Это расстояние того же порядка, что и в карбидах Ме-С .

На основе данных методов РЭС и анализа расчетных моделей образования наноструктур [12] предложены механизмы роста металлоуглеродных наноструктур. Для объяснения образования многослойных нанотрубок был предложен механизм сворачивания графитового листа в свиток. Разорванные связи компенсируется взаимодействием с атомами металла (Со^е, Мп) [13].

Однослойные нанотрубки в присутствии модификаторов (солей или окислов металлов) растут на частицах металла (№, Си) с внедренными в них атомами углерода, которые высаживаются (адсорбируются) на поверхность частиц в виде островков и растут до выпуклой структуры фуллереноподобного типа (рис. 6), которые служат центром образования наноструктур с размерами и формой, определяемой металлом модификатором.

Рис. 6. Интеграция адатомов углерода в основание полуфуллерена на поверхности никеля

В случае применения в качестве модификатора №, Си на их частицах растут однослойные нанотрубки. В металлах Р^ Ag, d электроны локализованы сильнее в окрестности своего атома, чем в № и Си и связи между d- и р-электронами металла (Р^ Pd, Ag) и углерода значительно слабее. Поэтому при росте фуллереноподобных структур на частицах металлов Р^ Pd, Ag происходит их отделение. Этот механизм подтвержден результатами работ [14-15].

ВЫВОДЫ

В основе исследований формирования наноструктур определенной формы и их свойств лежит концепция изучения межатомного взаимодействия исходных компонентов, образование гибридизированной химической связи d-электронов атомов металла с р-электронами атомов Бр-элемента. Получены закономерности восстановления металлов и синтеза различных наноформ в нанореакторе от содержания компонентов, типа модификатора и строения нанореактора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шабанова И.Н., Варганов Д.В., Добышева Л.В. и др. Новые автоматизированные рентгеноэлектронные магнитные спектрометры: спектрометр с технологическими приставками и манипуляторами, спектрометр для исследования расплавов // Изв. АН СССР. Серия физическая. 1986. Т.50, №9. C.1677.

2. Кодолов В.И., Хохряков Н.В. Химическая физика процессов формирования и превращений наноструктур и наносистем / в 2 томах. Ижевск : Изд-во. ИжГСХА, 2009. 728 с.

3. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Теребова Н.С. Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии для исследования химического строения углеродных наноструктур // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т.71, №5. С.26.

4. Пайнс Д. Элементарные возбуждения в твердых телах. М. : Мир, 1965. 383 с.

5. Анализ поверхности методами оже- и рентгеноэлектронной спектроскопии / под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха. М. : Мир, 1987. 598 с.

6. Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Nicolaeva O.A. et all. Problems of metal-carbon-containing tubes creation: investigation by X-ray photoelectron spectroscopy // J. Surface and Interface Analysis. 2001. V.32. С.10.

7. Кодолов В.И., Хохряков Н.В., Тринеева В.В. и др. // Химическая физика и мезоскопия. 2008. Т.10, №4. С.448.

8. Ломова Н.В., Шабанова И.Н., Теребова Н.С. и др. Исследование спинового состояния атомов металла в структурно - неоднородных сплавах на основе переходных металлов методом фотоэлектронной спектроскопии. // Известия РАН. Серия физическая. 2005. Т.69, №7. С.1015.

9. Ломова Н.В., Шабанова И.Н., Холзаков А.В. и др. Высокотемпературный фазовый переход упорядочение-расслоение в сплаве Fe50Co50 // Неорганические материалы. 2008. Т.44, №8. С.929.

10. Makarova L.G., Shabanova I.N., Kodolov V.I. et al. X-ray photoelectron spectroscopy as a method to control the received metal-carbon nanostructures // Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 2004. V.137-140. P.239.

11. Славинский М.П. Физико-химические свойства элементов. М. : Гос. науч.-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1952. 763 с.

12. Gavillet J., Loiseau A., Ducastelle F. et al. Microscopic mechanisms for the catalyst assisted growth of singlewall carbon nanotubes // Carbon. 2002. V.40. P.1649.

13. Макарова Л.Г., Шабанова И.Н., Кодолов В.И. и др. Рентгеноэлектронные исследования углеродникельсодержащих наноструктур, полученных в нанореакторах гелей поливинилового спирта и смеси поливинилового спирта и полиэтиленполиамина // Известия РАН. Серия физическая. 2008, Т.72, №4. С.491.

14. Пажетнов Е.М., Кощеев С.В., Боронин А.И. Механизм образования и структура моноатомных пленок углерода при разложении этилена на поверхности Pt(111) по данным РФЭС // Кинетика и катализ. 2003. Т.44, №3. С.1.

15. Tontegode A.Y. Carbon on transition metal surfaces // Progress in Surface Science. 1991.V.38. P.201.

X-RAY INVESTIGATION OF THE REGULARITIES OF THE GROWTH OF CARBON METAL-CONTAINING NANOFORMS IN NANO-REACTORS

1,2Shabanova I.N., 2Terebova N.S.

:Udmurt State University, Izhevsk, Russia

2Physical-Technical Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia

SUMMARY. For the systematic investigations of the electronic structure of nanosystems, model samples of nanostructures have been synthesized, in which transition metals with different number of d-electrons and sp-elements of periods 2 and 3 with different number of valence p-electrons are used as modifiers. The regularities are established for the reduction of metals and synthesis of different nanoforms in a nanoreactor depending on the content and type of a modifier and the nanoreactor structure. The activity of the synthesis of nanostructures depending on the additions of sp-elements is studied. It is shown that the sp-hybridization of carbon atoms, the filling of the d-shell and the d-shell type determine the shape of carbon metal-containing nanostructures.

KEYWORDS: chemical and geometric structure of carbon metal-containing nanosystems, x-ray photoelectron spectroscopy, low-energy synthesis, catalysts, satellite structure of C 1s spectra.

Шабанова Ирина Николаевна, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник лаб. РЭС ФТИ УрО РАН, старший научный сотрудник НУ ИФП УдГУ, тел. (3412)432539, e-mail: xps@fti.udm.ru

Теребова Надежда Семеновна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаб. РЭС ФТИ УрО РАН