Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов
Подробнее
В работе исследованы физико-химические аспекты газофазного синтеза нанопорошков в циклическом реакторе при сжатии прекурсоров (метан, этилен, ацетилен) в условиях, близких к адиабатическим, в атмосфере буферных одноатомных газов (аргон, гелий, неон). Изучено влияние давления в реакторе и объемного соотношения прекурсор / буферный газ на состав, морфологию и структуру углеродсодержащих частиц, являющихся продуктами пиролиза. Установлено, что полное разложение наблюдается для всех прекурсоров, но при разных условиях. Тепловое разложение метана, имеющего минимальную энтальпию образования, наблюдалось в атмосфере аргона 97,5 % при пиковом давлении более 10 МПа. Обнаружено, что в атмосфере гелия возможности термической релаксации в условиях быстрых реакций (< 50 мс) существенно ограничены: удалось разложить только ацетилен, имеющий максимальную энтальпию образования. Полученные твердые продукты реакций представляют собой черные порошки с плотностью 20–30 мг/см3 . Порошки исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа. Частицы – полые или с заполненным центром глобулярные луковичные структуры размером до 100 нм. Рентгеноструктурный анализ показал наличие графитоподобных кристаллитов размерами менее 10 нм во всех образцах. Комбинационное рассеяние показало главным образом sp2 -гибридизацию углерода. Показаны широкие возможности метода циклического адиабатического сжатия для пиролиза углеводородов с целью производства разнообразных углеродных структур, позволившие осуществить регулируемый выход углеродных наноматериалов с требуемой для практического использования морфологией.
Ключевые слова
циклический химический реактор, адиабатическое сжатие, пиролиз углеводородов, углеродные наноматериалы, буферный газ
Благодарности
Экспериментальные работы по получению и исследованию свойств углеродных наноматериалов, кроме РФА, были выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, проект № FSUS2020-0039. Исследование свойств углеродных наноматериалов методом РФА было выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, проект N121031700321-3. В экспериментах использовано оборудование ЦКП «Прикладная физика» НГУ. Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования Отдела прикладной физики Физического факультета НГУ. Измерения проведены на оборудовании ЦКП «ВТАН» отдела АТИЦ НГУ.
УДК 66.092-977;54.057
Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов
Материал поступил в редколлегию 29.04.2022
Аннотация В работе исследованы физико-химические аспекты газофазного синтеза нанопорошков в циклическом реакторе при сжатии прекурсоров (метан, этилен, ацетилен) в условиях, близких к адиабатическим, в атмосфере буферных одноатомных газов (аргон, гелий, неон). Изучено влияние давления в реакторе и объемного соотношения прекурсор / буферный газ на состав, морфологию и структуру углеродсодержащих частиц, являющихся продуктами пиролиза. Установлено, что полное разложение наблюдается для всех прекурсоров, но при разных условиях. Тепловое разложение метана, имеющего минимальную энтальпию образования, наблюдалось в атмосфере аргона 97,5 % при пиковом давлении более 10 МПа. Обнаружено, что в атмосфере гелия возможности термической релаксации в условиях быстрых реакций (< 50 мс) существенно ограничены: удалось разложить только ацетилен, имеющий максимальную энтальпию образования. Полученные твердые продукты реакций представляют собой черные порошки с плотностью 20–30 мг/см3 . Порошки исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа. Частицы – полые или с заполненным центром глобулярные луковичные структуры размером до 100 нм. Рентгеноструктурный анализ показал наличие графитоподобных кристаллитов размерами менее 10 нм во всех образцах. Комбинационное рассеяние показало главным образом sp2 -гибридизацию углерода. Показаны широкие возможности метода циклического адиабатического сжатия для пиролиза углеводородов с целью производства разнообразных углеродных структур, позволившие осуществить регулируемый выход углеродных наноматериалов с требуемой для практического использования морфологией.
Ключевые слова
циклический химический реактор, адиабатическое сжатие, пиролиз углеводородов, углеродные наноматериалы, буферный газ
Благодарности
Экспериментальные работы по получению и исследованию свойств углеродных наноматериалов, кроме РФА, были выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, проект № FSUS2020-0039. Исследование свойств углеродных наноматериалов методом РФА было выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, проект N121031700321-3. В экспериментах использовано оборудование ЦКП «Прикладная физика» НГУ. Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования Отдела прикладной физики Физического факультета НГУ. Измерения проведены на оборудовании ЦКП «ВТАН» отдела АТИЦ НГУ.
УДК 66.092-977;54.057
Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов Выходные данные: Ездин Б. С., Васильев С. А., Яценко Д. А., Федоров В. Е., Иванова М. Н., Каляда В. В., Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Зарвин А. Е. Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов. Сибирский физический журнал. 2022. Том 17, № 3. C. 29–46. DOI: 10.25205/2541-9447-2022-17-3-29-46