Создание нанопористых покрытий и слоев с развитой поверхностью Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.3

СОЗДАНИЕ НАНОПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЙ И СЛОЕВ С РАЗВИТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

© А.А. Викарчук, М.В. Дорогов, М.Н. Тюрьков

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Россия, e-mail: fti@tltsu.ru

Ключевые слова: пентагональные частицы и кристаллы; дефекты дисклинационного типа; функциональный наноматериал; покрытия.

В данной работе рассматривается вопрос получения и использования в качестве катализатора и сорбента нанопо-ристого материала, полученного из металлических икосаэдрических частиц. Описан способ получения нанопори-стого материала методом электроосаждения металла и последующей термообработки, приведены области его применения.

В настоящее время медьсодержащие соединения в ультрадисперсном и наноразмерном состоянии в качестве катализаторов с большой площадью поверхности используются в разнообразных химических процессах, например, реакциях дегидратации бутанола, окисления пропилена в акролеин, этилен гликоля в гликосаль, окисления монооксида углерода и др. Катализаторы на основе меди используются в промышленном синтезе метанола, который рассматривается как экологически чистое топливо для энергетической промышленности и транспорта. Причем этот катализатор в виде наночастиц, микрочастиц с развитой поверхностью или нано-пористых покрытий должен быть хорошо закреплен на твердой основе, чтобы не уносился потоком технологической жидкости, газа, обеспечивал регенерацию и многократное использование катализатора. Таких материалов до сих пор не существует, их создание является актуальнейшей задачей для химических и нефтяных отраслей промышленности.

Данная работа посвящена этой проблеме. Мы предлагаем для создания высокоэффективных катализаторов и сорбционных материалов, прочно закрепленных на подложках, использовать вместо применяемых в настоящее время микропорошков меди нанопористые покрытия, полученные методом электроосаждения и последующей термообработки металла из икосаэдриче-ских частиц.

Ранее авторами было получено широкое многообразие медных пентагональных микрочастиц и нитевидных кристаллов. Были изучены особенности их структуры, разработаны модели их строения и предложены механизмы формирования. В работе предлагается способ получения нанопористых покрытий и мембран из этих специфических нано- и микрочастиц меди. Их специфика в том, что кроме особой огранки, развитой поверхности, они содержат дефекты дисклинационного типа и обладают большим запасом упругой энергии.

Известно, что каталитическая активность и сорбционная способность материала определяется величиной удельной поверхности, от нее зависит интенсивность протекания многих химических реакций и физических

процессов. В предлагаемых покрытиях, благодаря специфике частиц, их напряженному состоянию и наличию высокой концентрации неравновесных вакансий, нанопористость формируется уже в процессе электрокристаллизации, методы термообработки и химического травления позволяют сформировать и вскрыть внутренние полости, что также повышает долю поверхностных атомов покрытия. Кроме того, каталитическая активность связана не только с долей атомов, находящихся на поверхности, но и с количеством атомов, расположенных на гранях, ребрах и вершинах частиц. Например, для икосаэдрических малых частиц, обладающих 6-ю осями симметрии 5-го порядка, эти величины еще больше, соответственно 12, 30 и 20. Таким образом, при равных размерах частицы, имеющие ико-саэдрическое строение, обладают более высокой каталитической активностью, на их основе мы получаем покрытия с более высокими каталитическими и сорбционными свойствами.

Нанопористые покрытия, пленки, слои, материалы формируются из отдельных пентагональтных частиц, осажденных на подложке при определенных режимах термообработки. Для подбора режимов осаждения и термообработки использовали дифференциальную сканирующую калориметрию и атомно-силовую микроскопию.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (г/к № П2382 и № П2620).

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Vikarchuk A.A., Dorogov M.V., Tyurkov M.N. Reception of nanoporous coverings and layers with big share of surface

In the given work the question of reception and use nanoporous material received from metal icosaedric particles as a catalyst and a sorbent is considered. The way of reception nanoporous material is described by a method of electrodeposition of metal and the subsequent heat treatment, areas of its application are resulted.

Key words: pentagonal particles and crystals; defects of dis-clination type; functional nanomaterial; coverings.