Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю
Внутрішню поверхню нанопор високопоруватих вуглецевих матеріалів, одержаних темплатним синтезом на основі неорганічних молекулярних сит і полімеру з високим коксовим залишком, використано як носій каталітично активних кластерів нікелю. За допомогою методів малокутового розсіяння рентгенівського випр...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7313 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю / Л.В. Головко, Ю.П. Гомза, В.А. Поважний, С.Д. Несін, Д.С. Каменських, В.А. Бортишевський, В.В. Клепко // Полімер. журн. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 311-318. — Бібліогр.: 34 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860252249462145024 |
|---|---|
| author | Головко, Л.В. Гомза, Ю.П. Поважний, В.А. Несін, С.Д. Каменських, Д.С. Бортишевський, В.А. Клепко, В.В. |
| author_facet | Головко, Л.В. Гомза, Ю.П. Поважний, В.А. Несін, С.Д. Каменських, Д.С. Бортишевський, В.А. Клепко, В.В. |
| citation_txt | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю / Л.В. Головко, Ю.П. Гомза, В.А. Поважний, С.Д. Несін, Д.С. Каменських, В.А. Бортишевський, В.В. Клепко // Полімер. журн. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 311-318. — Бібліогр.: 34 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| description | Внутрішню поверхню нанопор високопоруватих вуглецевих матеріалів, одержаних темплатним синтезом на основі неорганічних молекулярних сит і полімеру з високим коксовим залишком, використано як носій каталітично активних кластерів нікелю. За допомогою методів малокутового розсіяння рентгенівського випромінювання та структурно-адсорбційних досліджень встановлено взаємозв'язок особливостей формування, структури та функціональних властивостей цієї каталітичної системи. Каталітичну активність нанокластерів нікелю, нанесеного на вуглецеві матеріали, досліджено в процесах катодного відновлення гідратованих протонів і гідрокрекінгу алкілароматичних вуглеводнів. Встановлено, що нанокластери нікелю, сформовані у вигляді дендритоподібних агрегатів всередині поруватого простору вуглецевої матриці, проявляють найбільшу каталітичну активність в обох процесах.
Внутренняя поверхность нанопор высокопористых углеродных материалов, полученных темплатным синтезом на основе неорганических молекулярних сит и полимера с высоким коксовым остатком, использована как носитель каталитически активных кластеров никеля. При помощи методов малоуглового рассеяния рентгеновского излучения и структурно-адсорбционных исследований установлена взаимосвязь особенностей формировання, структуры и функциональных свойств данной каталитической системы. Каталитическую активность нанокластеров никеля, нанесенного на углеродные материалы, исследовали в процессах катодного восстановления гидратированных протонов и гидрокрекинга алкилароматических углеводородов. Установлено, что нанокластеры никеля, сформированные в виде дендритоподобных агрегатов внутри пористого пространства углеродной матрицы, проявляют наивысшую каталитическую активность в обоих процесах.
The inner surface of high porosity nanocarbon materials that obtained by templated synthesis on the inorganic molecular sieve and high pyrolysis yield polymers base was used as support for catalytic active Ni nanoclusters. The structure peculiarities of templated nanoporous carbon material with nickel nanoclusters that formed in carbon pores were studied by small-angle X-ray (SAXS) scattering methods. The catalytic activity of Ni nanoclusters supported by nanostructured carbon membranes in processes of cathodic reduction of hydrated protons and hydrocracking of alkylaromatic hydrocarbons was investigated. It was established that dendritic shape aggregates of Ni nanoclusters that grew on the inner surface of carbon pores showed maximum catalytic activity in both reactions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:44:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ïîë³ìåðíèé æóðíàë, 2008. Ò.30 ¹4. Ñ. 311-318
© 2008 Ë.Â. Ãîëîâêî, Þ.Ï. Ãîìçà, Â.À. Ïîâàæíèé, Ñ.Ä. Íåñ³í, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ, Â.À. Áîðòèøåâñüêèé,
Â.Â. Êëåïêî 311
ÓÄÊ 543.544-414.7: 544.022.533: 539.26
Ñòðóêòóðà òà êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü òåìïëàòîâàíîãî
íàíîïîðóâàòîãî âóãëåöåâîãî ìàòåð³àëó ç ³ììîá³ë³çîâàíèìè
íàíîêëàñòåðàìè í³êåëþ
Ë.Â. Ãîëîâêî1, Þ.Ï. Ãîìçà2, Â.À. Ïîâàæíèé1, Ñ.Ä. Íåñ³í2, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ1,
Â.À. Áîðòèøåâñüêèé1, Â.Â. Êëåïêî2
1²íñòèòóò á³îîðãàí³÷íî¿ õ³ì³¿ ³ íàôòîõ³ì³¿ ÍÀÍ Óêðà¿íè
1, âóë. Ìóðìàíñüêà, ÃÑÏ, Êè¿â, 02094, Óêðà¿íà
2²íñòèòóò õ³ì³¿ âèñîêîìîëåêóëÿðíèõ ñïîëóê ÍÀÍ Óêðà¿íè
48, Õàðê³âñüêå øîñå, Êè¿â, 02160, Óêðà¿íà
Âíóòð³øíÿ ïîâåðõíÿ íàíîïîð âèñîêîïîðóâàòèõ âóãëåöåâèõ ìàòåð³àë³â, îòðèìàíèõ òåìïëàòíèì
ñèíòåçîì íà îñíîâ³ íåîðãàí³÷íèõ ìîëåêóëÿðíèõ ñèò ³ ïîë³ìåðó ç âèñîêèì êîêñîâèì çàëèøêîì,
âèêîðèñòàíà ÿê íîñ³é êàòàë³òè÷íî àêòèâíèõ êëàñòåð³â í³êåëþ. Çà äîïîìîãîþ ìåòîä³â
ìàëîêóòîâîãî ðîçñ³ÿííÿ (ÌÊÐ) ðåíòãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàííÿ òà ñòðóêòóðíî-àäñîðáö³éíèõ
äîñë³äæåíü âñòàíîâëåíî âçàºìîçâ’ÿçîê îñîáëèâîñòåé ôîðìóâàííÿ, ñòðóêòóðè òà ôóíêö³îíàëüíèõ
âëàñòèâîñòåé ö³º¿ êàòàë³òè÷íî¿ ñèñòåìè. Êàòàë³òè÷íó àêòèâí³ñòü íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ,
íàíåñåíîãî íà âóãëåöåâ³ ìàòåð³àëè, äîñë³äæóâàëè â ïðîöåñàõ êàòîäíîãî â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ
ïðîòîí³â ³ ã³äðîêðåê³íãó àëê³ëàðîìàòè÷íèõ âóãëåâîäí³â. Âñòàíîâëåíî, ùî íàíîêëàñòåðè í³êåëþ,
ñôîðìîâàí³ ó âèãëÿä³ äåíäðèòîïîä³áíèõ àãðåãàò³â âñåðåäèí³ ïîðóâàòîãî ïðîñòîðó âóãëåöåâî¿
ìàòðèö³, ïðîÿâëÿþòü íàéá³ëüøó êàòàë³òè÷íó àêòèâí³ñòü â îáîõ ïðîöåñàõ.
Âñòóï
Îñòàíí³ì ÷àñîì ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ï³äâèùåíèé ³íòå-
ðåñ äîñë³äíèê³â äî ðîçðîáêè íàíîâóãëåöåâèõ ìàòåð³-
àë³â (ÍÂÌ), ïðàêòè÷íå çàñòîñóâàííÿ ÿêèõ ðîçøè-
ðþºòüñÿ [1–9]. Çîêðåìà, íîâ³òí³ ÍÂÌ âæå âèêîðèñòî-
âóþòüñÿ ÿê ãàçîäèôóç³éí³ åëåêòðîäè [1] ³ ìåìáðàíè
[2] ïàëèâíèõ åëåìåíò³â, íàíîðîçì³ðíèõ ïë³âîê ³ ïî-
êðèòò³â [3, 4], íîñ³¿ êàòàë³çàòîð³â [5, 6], íåòîêñè÷í³
³íã³á³òîðè êîðî糿 [7], ëþì³íîôîðè [8], á³îëîã³÷íî àê-
òèâí³ ðå÷îâèíè [9]. Çäåá³ëüøîãî äî òàêèõ ìàòåð³àë³â
âèñóâàþòüñÿ äîäàòêîâ³ âèìîãè âèñîêî¿ õ³ì³÷íî¿ òà òåð-
ì³÷íî¿ ñò³éêîñò³, à òàêîæ ñò³éêîñò³ äî íàáóõàííÿ. Â
öüîìó àñïåêò³ âóãëåöåâ³ ìàòåð³àëè âèã³äíî â³äð³çíÿ-
þòüñÿ â³ä àäñîðáåíò³â íà ì³íåðàëüí³é ³ ïîë³ìåðí³é îñ-
íîâàõ, ùî â³äêðèâຠøèðîê³ ìîæëèâîñò³ äëÿ ¿õ ïðàê-
òè÷íîãî çàñòîñóâàííÿ. Îäíàê, ³ñòîòíèì íåäîë³êîì
ïðàêòè÷íîãî âèêîðèñòàííÿ âóãëåöåâèõ ìàòåð³àë³â, îò-
ðèìàíèõ òðàäèö³éíèìè ìåòîäàìè àêòèâàö³¿ âóãëåöü-
âì³ñíî¿ ñèðîâèíè [10, 11], º íåîäíîð³äíà ñòðóêòóðà
ïîðóâàòîãî ïðîñòîðó òà â³äíîñíî íèçüêà õ³ì³÷íà àê-
òèâí³ñòü ïîâåðõí³. Öå çóìîâëþº íåîáõ³äí³ñòü ðîçðîá-
êè íîâèõ âèñîêîåôåêòèâíèõ ìåòîä³â îòðèìàííÿ òà ìî-
äèô³êóâàííÿ ÍÂÌ.
Ç ìåòîþ ñòâîðåííÿ ÍÂÌ ç îäíîð³äíîþ ñòðóêòó-
ðîþ ïîðóâàòîãî ïðîñòîðó ìè âèêîðèñòàëè ìåòîä òåì-
ïëàòíîãî ñèíòåçó, âèáðàâøè ÿê øàáëîí íàíîïîðóâàò³
íåîðãàí³÷í³ ìîëåêóëÿðí³ ñèòà. Çà äîïîìîãîþ ïîºäíàí-
íÿ ìåòîä³â ÌÊÐ ðåíòãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàííÿ ³
ñòðóêòóðíî-àäñîðáö³éíèõ äîñë³äæåíü áóëè âèâ÷åí³
îñîáëèâîñò³ ôîðìóâàííÿ íàíîêëàñòåð³â êàòàë³òè÷íî
àêòèâíîãî í³êåëþ âñåðåäèí³ ïîðóâàòîãî ïðîñòîðó
ÍÂÌ òà ¿õ âïëèâ íà àêòèâí³ñòü óòâîðåíî¿ êàòàë³òè÷-
íî¿ ñèñòåìè.
Ìàòåð³àëè òà ìåòîäè äîñë³äæåííÿ
Íàíîïîðóâàòèé âóãëåöåâèé ìàòåð³àë îòðèìóâàëè
ìåòîäîì òåìïëàòíîãî ñèíòåçó. ßê øàáëîí âèêîðèñòî-
âóâàëè ñèë³êàãåëü “Silica gel 60” (Fluka, cat.N 60752).
Éîãî äèñïåðñíèé ñêëàä çíàõîäèâñÿ â ìåæàõ 230–
400 mesh ASTM (0,040–0,063 ìì). Íàñèïíà âàãà ñèë³-
êàãåëþ-øàáëîíà ñòàíîâèëà 0,52 ã/ñì3, à ïèòîìà ïî-
âåðõíÿ, ùî áóëà âèçíà÷åíà çà íèçüêîòåìïåðàòóðíîþ
äåñîðáö³ºþ àçîòó, ñòàíîâèëà 360 ì2/ã.
Íàâàæêó ïðîæàðåíîãî ñèë³êàãåëþ âíîñèëè ó âà-
êóóìíèé ðåàêòîð ³ äîäàâàëè çàçäàëåã³äü ïåðåãíàíèé
ôóðôóðèëîâèé ñïèðò. Íàñè÷åííÿ ïîð ñèë³êàãåëþ ôóð-
ôóðèëîâèì ñïèðòîì ïðîâîäèëè çà òåìïåðàòóðè 293 Ê
ó âàêóóì³. Îòðèìàíèé ïðîäóêò ô³ëüòðóâàëè ³ ïðîìè-
âàëè ñâ³æî ïåðåãíàíèì ìåçèòèëåíîì. Ïðîìèòèé ³ íà-
ñè÷åíèé ôóðôóðèëîâèì ñïèðòîì ñèë³êàãåëü çíîâó âíî-
ñèëè ó âàêóóìíèé ðåàêòîð. Çðàçîê ñïî÷àòêó ïðîãð³âà-
ëè ó âàêóóì³ çà òåìïåðàòóðè 353 Ê ïðîòÿãîì 8 ãîä. äëÿ
çàáåçïå÷åííÿ ïîë³ìåðèçàö³¿ ôóðôóðèëîâîãî ñïèðòó â
ïîðàõ ñèë³êàãåëþ. Ïîò³ì òåìïåðàòóðó â ïå÷³ ï³äí³ìà-
ëè äî 423 Ê ³ âèòðèìóâàëè ïðîòÿãîì 8 ãîä. äëÿ çàáåç-
ïå÷åííÿ íàä³éíîãî çøèâàííÿ ïîë³ìåðó âñåðåäèí³ ïîð
ñèë³êàãåëþ – øàáëîíà. Äàë³ êîìïîçèò ñèë³êàãåëþ
Ë.Â. Ãîëîâêî, Þ.Ï. Ãîìçà, Â.À. Ïîâàæíèé, Ñ.Ä. Íåñ³í, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ, Â.À. Áîðòèøåâñüêèé, Â.Â. Êëåïêî
312
ç ïîë³ìåðîì ïåðåíîñèëè â êâàðöîâó ï³÷, ïðîäóâàëè
àðãîíîì, ³ ï³äâèùóâàëè òåìïåðàòóðó â ïå÷³ ç³ øâèä-
ê³ñòþ 5 ãðàä/õâ äî 973–1023 Ê ç ìåòîþ êàðáîí³çàö³¿
îðãàí³÷íîãî ïîë³ìåðíîãî ìàòåð³àëó. Ç îòðèìàíîãî
ñèë³êàòíî-âóãëåöåâîãî íàíîêîìïîçèòó âèäàëÿëè ñèë³-
êàòí³ íàíî÷àñòî÷êè îáðîáêîþ âîäíèì ðîç÷èíîì ôòî-
ðèñòîâîäíåâî¿ êèñëîòè íà ñòðóøóþ÷îìó àïàðàò³ ç íà-
ñòóïíèì ïðîìèâàííÿì äèñòèëüîâàíîþ âîäîþ äî íåéò-
ðàëüíî¿ ðåàêö³¿ ³ ñóø³ííÿì çà òåìïåðàòóðè 373 Ê.
 ðåçóëüòàò³ îòðèìàëè âóãëåöåâèé àäñîðáåíò ç íà-
ñèïíîþ âàãîþ 0,22 ã/ñì3 ³ ïèòîìîþ ïîâåðõíåþ áëèçü-
êî 1100 ì2/ã. ʳëüê³ñòü ãðóï êèñëîòíîãî õàðàêòåðó
íà éîãî ïîâåðõí³ ñòàíîâèëà 0,81 ììîëü/ã, ùî â³äïî-
â³äຠ¿õ êîíöåíòðàö³¿ áëèçüêî 0,56 ìêìîëü/ì2.
Ãðóïè îñíîâíîãî õàðàêòåðó â çðàçêó áóëè ïîâí³ñòþ
â³äñóòí³.
Ç ìåòîþ ôîðìóâàííÿ íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ íà ïî-
âåðõí³ âóãëåöåâèõ ìàòåð³àë³â ¿õ ìîäèô³êóâàëè äèìå-
òèëãë³îêñèìàòîì í³êåëþ çà ìåòîäèêîþ [12]. Ðîçì³ð ³
âì³ñò íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ íà âóãëåöåâ³é ïîâåðõí³
ðåãóëþâàëè êîíöåíòðàö³ºþ òà óìîâàìè îñàäæåííÿ
äèìåòèëãë³îêñèìàòó í³êåëþ íà ïîâåðõíþ. Äëÿ òåñòó-
âàííÿ àêòèâíîñò³ Ni/C êàòàë³çàòîð³â áóëè â³ä³áðàí³
çðàçêè ñïîëóê í³êåëþ 1,25; 2,50 ³ 5,00 % ìàñ. ó ïåðå-
ðàõóíêó íà ìåòàë³÷íèé Ni.
Âèçíà÷åííÿ âì³ñòó ôóíêö³îíàëüíèõ ãðóï ïðîâîäè-
ëè çà ìåòîäèêîþ Áîåìà [13, 14]. Âì³ñò îñíîâíèõ ãðóï
ó çðàçêàõ âóãëåöåâèõ ìàòåð³àë³â âèçíà÷àëè òèòðóâàí-
íÿì ³ç ñîëÿíîþ êèñëîòîþ òàêèì ÷èíîì: 300–400 ìã
çðàçêà çàëèâàëè 15–25 ìë 0,01N HCl, çì³øóâàëè òà
ñòðóøóâàëè êîëáó ç ñóñïåí糺þ ïðîòÿãîì 20–25 ãîä.
íà ëàáîðàòîðíîìó ñòðóøóâà÷³. Ïîò³ì ðîç÷èí
â³äô³ëüòðîâóâàëè, â³äáèðàëè 2–3 ïðîáè ïî 5 ìë ³
â³äòèòðîâóâàëè ¿õ 0,01 N ðîç÷èíîì NaOH ç ³íäèêàòî-
ðîì ìåòèëðîò. Âì³ñò êèñëèõ ãðóï âèçíà÷àëè òèòðó-
âàííÿì ç 0,01N NaOH çà àíàëîã³÷íîþ ìåòîäèêîþ.
Âèçíà÷åííÿ ñòðóêòóðíî-àäñîðáö³éíèõ õàðàêòåðè-
ñòèê äîñë³äæóâàíèõ ìàòåð³àë³â ïðîâîäèëè çà òåìïå-
ðàòóðè ð³äêîãî àçîòó çà äîïîìîãîþ àäñîðáö³¿ àçîòó íà
àâòîìàòè÷íîìó ñîðáòîìåòð³ Sorbtometer KELVIN 1042
(Costech Microanalytical). Çðàçêè çàçäàëåã³äü äåãàçó-
âàëè â ïîòîö³ ãåë³þ çà òåìïåðàòóðè 378 Ê âïðîäîâæ
1 ãîä. Ïèòîìó ïîâåðõíþ âèçíà÷àëè çà ìåòîäîì Áðó-
íàóåðà-Åììåòà-Òåëëåðà (ÁÅÒ) [15], à ðîçïîä³ë ïîð çà
ðîçì³ðàìè – çà ìåòîäîì Áàððåòòà-Äæîéíåðà-Õàëåí-
äè (BJH) [16].
Ãðàíè÷íó àäñîðáö³éíó ì³ñòê³ñòü çà ïàðàìè âîäè
òà áåíçîëó âèçíà÷àëè åêñèêàòîðíèì ìåòîäîì. Ç ö³ºþ
ìåòîþ íàâàæêè äîñë³äæóâàíèõ çðàçê³â ïðîãð³âàëè â
ñóøèëüí³é øàô³ çà òåìïåðàòóðè 378 Ê ïðîòÿãîì 3-õ
ãîä., îõîëîäæóâàëè ³ ðîçì³ùóâàëè â åêñèêàòîðàõ, íà
äíî ÿêèõ áóëà íàëèòà âîäà ³ áåíçîë â³äïîâ³äíî. Åê-
ñèêàòîðè ãåðìåòè÷íî çàêðèâàëè ³ ñòàâèëè â ïîâ³òðÿ-
íèé òåðìîñòàò ³ç òåìïåðàòóðîþ 293 Ê, âèòðèìóþ÷è
¿õ òàì ïðîòÿãîì äîáè. ϳñëÿ öüîãî âèçíà÷àëè
ãðàíè÷í³ çíà÷åííÿ àäñîðáö³¿ ïàð³â âîäè òà áåíçîëó
äîñë³äæóâàíèìè çðàçêàìè.
Äëÿ ïðîâåäåííÿ ðåíòãåíîãðàô³÷íèõ åêñïåðèìåíò³â
äîñë³äæóâàí³ ìàòåð³àëè ó âèãëÿä³ äð³áíîäèñïåðñíèõ
ïîðîøê³â ïîì³ùàëè â êþâåòè çàâòîâøêè 2,0 ìì ç
â³êíàìè ç ëàâñàíó çàâòîâøêè 17 ìêì. Êðèâ³ ìàëîêó-
òîâîãî ðîçñ³ÿííÿ ðåíòãåí³âñüêèõ ïðîìåí³â îòðèìóâà-
ëè ó âàêóóìí³é êàìåð³ òèïó Êðàòê³, ó âèïðîì³íþâàíí³
ì³äíîãî àíîäó, ìîíîõðîìàòèçîâàíîìó ïîâíèì
âíóòð³øí³ì â³ääçåðêàëåííÿì ³ í³êåëåâèì ô³ëüòðîì
[17]. Çéîìêà ïðîâîäèëàñÿ â ðåæèì³ áàãàòîïðîõîäíî-
ãî êðîêîâîãî ñêàíóâàííÿ ñöèíòèëÿö³éíîãî äåòåêòîðà
â ä³àïàçîí³ êóò³â ðîçñ³ÿííÿ â³ä 0,03 äî 4,00°, ùî â³äïî-
â³äຠâåëè÷èíàì õâèëüîâîãî âåêòîðà, q, â³ä 0,022 äî
2,860 íì-1 (q = 4πsinθ/λ, äå θ – ïîëîâèíà êóòà ðîçñ³ÿí-
íÿ, λ – äîâæèíà õâèë³ ðåíòãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàí-
íÿ). Ïðè öüîìó çàáåçïå÷óºòüñÿ ìîæëèâ³ñòü âèâ÷åííÿ
ì³êðîãåòåðîãåííèõ óòâîðåíü (ä³ëÿíîê ³ç á³ëüøîþ àáî
ìåíøîþ, í³æ ó ìàòðèö³, ù³ëüí³ñòþ, àáî ì³êðîïóñòîò) ³ç
õàðàêòåðèñòè÷íèìè ðîçì³ðàìè (îö³íþâàíèìè ÿê 2π/q)
â³ä 2 äî 280 íì. Ïîïåðåäíþ îáðîáêó êðèâèõ ÌÊÐ
ïðîâîäèëè ç âèêîðèñòàííÿì êîìïëåêñó ïðîãðàì
FFSAXS [18]. Ïðè öüîìó âèêîðèñòîâóâàëè ïðîöåäó-
ðè âèäàëåííÿ ôîíîâîãî ðîçñ³ÿííÿ êàìåðîþ ³ ìàòåð³à-
ëîì â³êîí êþâåòè, íîðìóâàííÿ ðîçñ³ÿíî¿ ³íòåíñèâíîñò³
äî àáñîëþòíèõ îäèíèöü ³ ââåäåííÿ êîë³ìàö³éíî¿
ïîïðàâêè.
Äëÿ ìîäåëþâàííÿ ïðîô³ë³â êðèâèõ ÌÊÐ âèêîðèñ-
òîâóâàëè ìåòîä ãëîáàëüíèõ óí³ô³êîâàíèõ åêñïîíåíö³-
àëüíî-ñòåïåíåâèõ ôóíêö³é, ðîçðîáëåíèé G.Beaucage
[19–21]. Öåé ìåòîä äຠçìîãó ïðîâîäèòè åôåêòèâíó
ä³àãíîñòèêó íàíîñèñòåì ð³çíîãî òèïó øëÿõîì ìîäå-
ëþâàííÿ ðîçñ³ÿííÿ áàãàòîð³âíåâèìè ôðàêòàëüíèìè
ñòðóêòóðàìè [22, 23].  ðåçóëüòàò³ ï³äãîíêè ìîäåëü-
íèõ êðèâèõ äî åêñïåðèìåíòàëüíèõ ìîæíà âèçíà÷àòè
òàê³ ñòðóêòóðí³ ïàðàìåòðè, ÿê òèï ôðàêòàëüíèõ àãðå-
ãàò³â (ìàñîâ³ àáî ïîâåðõíåâ³), ôðàêòàëüíà ðîçì³ðí³ñòü,
ðîçì³ðè àãðåãàò³â ³ ÷èñëî ïåðâèííèõ ÷àñòèíîê íèæ-
÷îãî ð³âíÿ ó ôðàêòàëüíèõ àãðåãàòàõ á³ëüø âèñîêîãî
ìàñøòàáíîãî ð³âíÿ. гâíÿííÿ, ùî îïèñóº äîâ³ëüíå
÷èñëî âçàºìîçâ‘ÿçàíèõ ñòðóêòóðíèõ ð³âí³â, ìຠâèã-
ëÿä:
,633
3
2
12222
1 1
i
i)i(i
P
ggig
n
i
i q/)/qR(erf)/Rq(B)/Rq(G()q(I
−
=
×−+−∑=
+
expexp
äå: Gi – êîåô³ö³ºíò ïðè ñï³ââ³äíîøåíí³ Ã³íüå äëÿ i-ãî
ð³âíÿ; Bi – êîåô³ö³ºíò ïðè ÷ëåí³ Ïîðîäà äëÿ ñòåïåíåâî¿
çàëåæíîñò³ ëîãàðèôìà ³íòåíñèâíîñò³ â³ä ëîãàðèôìà
õâèëüîâîãî âåêòîðà; Pi – åêñïîíåíòà, ùî âèçíà÷ຠôðàê-
òàëüíó ðîçì³ðí³ñòü àãðåãàò³â i-ãî ð³âíÿ (äëÿ ïîâåðõíå-
âèõ ôðàêòàë³â 3<Pi<4, äëÿ ìàñîâèõ ôðàêòàë³â 1<Pi < 3 ).
Ôðàêòàëüíà ðîçì³ðí³ñòü ìàñîâîãî ôðàêòàëà Dm =
Pi, à ôðàêòàëüíà ðîçì³ðí³ñòü ïîâåðõíåâîãî ôðàêòàëà
Ds = 6 - Pi ; Rg – ðàä³óñ îáåðòàííÿ ôðàêòàëüíîãî àãðå-
ãàòà i-ãî ð³âíÿ.
Äëÿ äîñë³äæåííÿ êàòàë³òè÷íî¿ àêòèâíîñò³ íàíî-
êëàñòåð³â í³êåëþ, íàíåñåíèõ íà ÍÂÌ, ó ïðîöåñàõ
′
Ñòðóêòóðà òà êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü òåìïëàòîâàíîãî íàíîïîðóâàòîãî âóãëåöåâîãî ìàòåð³àëó
313
êàòîäíîãî â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â ÿê ïðî-
òîíîïðîâ³äíî¿ ìåìáðàíè âèêîðèñòîâóâàëè ïðîòîíî-
ïðîâ³äíèé ìàòåð³àë ÌÊ-40Ë (ÍÂÎ “Ïëàñòïîë³ìåð”, Ðî-
ñ³éñüêà Ôåäåðàö³ÿ). Òîâùèíà ìåìáðàíè â ñóõîìó ñòàí³
äîð³âíþâàëà 0,40 ìì, êîåô³ö³ºíò íàáóõàííÿ – 1,3. Ïî-
âíà ñòàòè÷íà îáì³ííà ºìí³ñòü ìåìáðàíè ñòàíîâèëà
2,6 (ìã·åêâ)/ã. Àíîä âèãîòîâëÿëè øëÿõîì ïðåñóâàííÿ
ãðàô³òó ó âèãëÿä³ äèñêó òîâùèíîþ 4 ìì ³ ä³àìåòðîì
40 ìì. Ó ïðîì³æîê ì³æ òîðöåâîþ ïîâåðõíåþ àíîäà
òà ìåìáðàíîþ íàñîñîì íàãí³òàâñÿ åëåêòðîë³ò H2SO4
(1 N). ßê êàòîä áóëè âèïðîáóâàí³ ïëàòèíîâà ÷åðíü,
í³êåëü Ðåíåÿ, âèõ³äíèé ³ ìîäèô³êîâàí³ í³êåëåì çðàç-
êè ÍÂÌ. Ïàëà䳺âèé ³ í³êåëåâèé êàòîäè âèãîòîâëÿëè
çà ìåòîäèêàìè [24 ³ 25] â³äïîâ³äíî.
Ïðîöåñ â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â âè-
êîíóâàëè çà àòìîñôåðíîãî òèñêó, â ä³àïàçîí³ òåì-
ïåðàòóð 313 –368 Ê. Êð³çü àíîäíó êàìåðó ïëóíæåð-
íèì íàñîñîì ³ç ïîñò³éíîþ øâèäê³ñòþ ïðîêà÷óâàëè
ðîç÷èí åëåêòðîë³òó çà ïîñò³éíî¿ íàïðóãè íà åëåêòðî-
äàõ U = 12 Â. Ñèëó ïðîòîííîãî ñòðóìó êîíòðîëþâàëè
äâîìà øëÿõàìè: çà ïîêàçíèêàìè àìïåðìåòðà òà çà ðå-
çóëüòàòàìè ãàçîõðîìàòîãðàô³÷íîãî àíàë³çó âîäíþ ó
ãàçîâ³é ôàç³. Îäíî÷àñíî ãðàâ³ìåòðè÷íèì ìåòîäîì
âèçíà÷àëè ìàñó âîäè, ïåðåíåñåíî¿ ÷åðåç ìåìáðàíó â
îäèíèöþ ÷àñó. Ãàçîõðîìàòîãðàô³÷íèé àíàë³ç âîäíþ
âèêîíóâàëè íà õðîìàòîãðàô³ «Õðîì-5» (×åõ³ÿ) ç êà-
òàðîìåòðîì. Âèì³ðþâàííÿ çä³éñíþâàëè íà ñêëÿí³é
êîëîíö³ äîâæèíîþ 1,5 ì ³ âíóòð³øí³ì ä³àìåòðîì 3 ìì,
çàïîâíåí³é ïîïåðåäíüî ïðîæàðåíèì öåîë³òîì ÑàÀ
(ôðàêö³ÿ 0,25–0,50 ìì). Âèòðàòè ãàçó-íîñ³ÿ (àðãîíó)
ñòàíîâèëè 30 ìë/õâ. Òåìïåðàòóðà àíàë³çó – 333 Ê, òåì-
ïåðàòóðà âèïàðíèêà – 393 Ê, ñòðóì äåòåêòîðà – 80 ìÀ.
Îáðîáêó ðåçóëüòàò³â çä³éñíþâàëè ç âèêîðèñòàííÿì
ìåòîäó àáñîëþòíîãî ãðàäóþâàííÿ çà âèñîòàìè õðî-
ìàòîãðàô³÷íèõ ï³ê³â.
óäðîêðåê³íã ³çîïðîï³ëáåíçîëó çä³éñíþâàëè â
ìåìáðàííîìó ðåàêòîð³ çà òåìïåðàòóðè 543 Ê ³ òèñêó
4,0 MPa [26, 27].
Ðåçóëüòàòè ³ ¿õ îáãîâîðåííÿ
Ïàðàìåòðè ïîðóâàòî¿ ñòðóêòóðè äîñë³äæóâàíèõ
çðàçê³â ³ç äàíèõ àäñîðáö³¿ àçîòó, à òàêîæ ãðàíè÷í³ çíà-
÷åííÿ àäñîðáö³¿ ïàð³â âîäè ³ áåíçîëó ïîäàí³ â òàáë. 1.
ßê âèäíî ç òàáë. 1, ïèòîìà ïîâåðõíÿ òà îá’ºì ïîð çà
àçîòîì ³ áåíçîëîì âóãëåöåâî¿ ðåïë³êè ïðèáëèçíî
âòðè÷³ ïåðåâèùóº â³äïîâ³äí³ ïîêàçíèêè ñèë³êàòíîãî
øàáëîíà.
Àäñîðáö³éíà ºìí³ñòü,
ñì3/ã Çðàçîê Щ³ëüí³ñòü, ã/ñì3 Ïèòîìà
ïîâåðõíÿ, ì2/ã
Çàãàëüíèé îá’ºì
ïîð, ñì3/ã
Îá’ºì ì³êðîïîð,
ñì3/ã Í2Î Ñ6Í6
SG 60 0,52 330 0,69 0,01 0,52 0,78
ÂÐ 0,20 1120 1,77 0,07 0,33 2,12
Òàáëèöÿ 1. Ñòðóêòóðíî-àäñîðáö³éí³ âëàñòèâîñò³ âèõ³äíîãî ñèë³êàãåëþ òà âóãëåöåâî¿ ðåïë³êè
Òàáëèöÿ 2. Ïàðàìåòðè ïîðóâàòî¿ ñòðóêòóðè äîñë³äæóâàíèõ ìàòåð³àë³â, îòðèìàí³ ç êðèâèõ ìàëîêóòîâîãî
ðîçñ³ÿííÿ (²) ³ ç äàíèõ ïîðîìåò𳿠(²²)
(²) (²²)
Çðàçîê гâåíü
ôðàêòàëüíî¿
àãðåãàö³¿
Òèï
ôðàêòàëüíî¿
àãðåãàö³¿ 1
s 2 D 3 Rg,4
íì
ds,
5
íì
Dp
6
íì
SBET
7
ì2/ã
1 S -3,2 2,8 2,2 5,7
2 M -1,8 1,8 11,0 28,4 ÂÐ
3 S -3,2 2,8 > 200 > 520,0
6,7
1120
1 S -3,4 2,6 2,3 5,9 ÂÐ+1,25 % Ni 2 M -2,7 2,7 > 200 > 520,0 5,1 990
1 M -2,1 2,1 5,0 12,9 ÂÐ+2,5 % Ni 2 S -3,5 2,5 > 200 > 520,0 5,1 1060
1 M -2,7 2,7 2,7 7,0
ÂÐ+5,0 % Ni 2 S -3,2 2,8 > 200 > 520,0 4,8 900
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
1 10 100
Ï
åð
ø
à
ïî
õ³
äí
à
dV
p/d
D
p,
ìì
3 /(
ã·
íì
)
ijàìåòð ïîð Dp, íì
12
3
4
Ðèñ. 1. Ðîçïîä³ë ïîð çà ðîçì³ðàìè íàíîïîðóâàòîãî
ìàòåð³àëó ç íàíåñåíèìè íàíîêëàñòåðàìè Ni: 1 –
âèõ³äíèé âóãëåöåâèé ìàòåð³àë; 2–4 ç íàíåñåííÿì 1,25;
2,50 ³ 5,00 % Ni íà ïîâåðõíþ â³äïîâ³äíî
314
Ë.Â. Ãîëîâêî, Þ.Ï. Ãîìçà, Â.À. Ïîâàæíèé, Ñ.Ä. Íåñ³í, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ, Â.À. Áîðòèøåâñüêèé, Â.Â. Êëåïêî
Ðîçïîä³ë ïîð çà ðîçì³ðàìè ÍÂÌ ç íàíåñåíèìè íà-
íîêëàñòåðàìè í³êåëþ ïðè ð³çíîìó âì³ñò³ ìåòàëó íà íîñ³¿
ç äàíèõ àäñîðáö³¿-äåñîðáö³¿ àçîòó ïîäàíî íà ðèñ. 1.
Ïàðàìåòðè ïîðóâàòî¿ ñòðóêòóðè ïîäàíî â òàáë. 2.
Ç ðèñ. 1 âèäíî, ùî åôåêòèâíèé ä³àìåòð ïîð ÍÂÌ
çìåíøóºòüñÿ ïðèáëèçíî íà 1,6 íì ï³ñëÿ íàíåñåííÿ íà
éîãî ïîâåðõíþ íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ. Ïðè÷îìó, öåé
ðîçì³ð ìàëî çàëåæèòü â³ä êîíöåíòðàö³¿ ìåòàëó. Õî÷à,
ç³ çá³ëüøåííÿì âì³ñòó í³êåëþ ìຠòåíäåíö³þ äî äåÿ-
êîãî çìåíøåííÿ ñâîãî çíà÷åííÿ. Òîáòî, åôåêòèâíà
òîâùèíà íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ íà âóãëåöåâ³é ïîâåðõí³
äîð³âíþº ïðèáëèçíî 0,8 íì ³ â äîñë³äæåíîìó ä³àïà-
çîí³ çì³íè éîãî êîíöåíòðàö³¿ ïðàêòè÷íî íå ïðèâîäèòü
äî ïîë³øàðîâîãî ïîêðèòòÿ âíóòð³øíüî¿ ïîâåðõí³
ïîð.
Á³ëüø ³íôîðìàòèâíèìè çà ñòðóêòóðîþ ÍÂÌ ç íà-
íåñåíèìè íàíîêëàñòåðàìè Ni º äàí³ ðîçñ³ÿííÿ ðåíò-
ãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàííÿ. Íà ðèñ. 2 íàâåäåí³ íîð-
ìàë³çîâàí³ äî àáñîëþòíèõ çíà÷åíü ïðîô³ë³ ³íòåíñèâ-
íîñò³ ðîçñ³ÿííÿ ðåíòãåí³âñüêèõ ïðîìåí³â äîñë³äæåíèõ
çðàçê³â ó ïîäâ³éíèõ ëîãàðèôì³÷íèõ êîîðäèíàòàõ log(I)
– log(q). Ðåçóëüòàòè ìîäåëþâàííÿ îòðèìàíèõ êðèâèõ
íàâåäåí³ â òàáë. 2.
Âèäíî, ùî íà êðèâ³é ðîçñ³ÿííÿ âèõ³äíî¿ âóãëåöå-
âî¿ ðåïë³êè (êðèâà 1, ðèñ. 2) ñïîñòåð³ãàºòüñÿ òðè ïðÿ-
ìîë³í³éí³ ä³ëÿíêè, ÿê³ â³äïîâ³äàþòü òðüîì ð³âíÿì
ôðàêòàëüíî¿ àãðåãàö³¿ ìàòåð³àëó. Ïåðøà ä³ëÿíêà
ñâ³ä÷èòü ïðî íàÿâí³ñòü ó ìàòåð³àë³ ïåðâèííèõ ÷àñòè-
íîê (ïîð) ³ç ä³àìåòðîì áëèçüêî 6 íì ³ç øîðñòêóâàòîþ
âíóòð³øíüîþ ïîâåðõíåþ. Äðóãà ä³ëÿíêà ñâ³ä÷èòü ïðî
íàÿâí³ñòü ìàñîâî-ôðàêòàëüíèõ àãðåãàò³â ³ç ðîçì³ðà-
ìè áëèçüêî 30 íì (òàáë. 2). Ðîçì³ð àãðåãàò³â òðåòüîãî
ð³âíÿ íå ìîæíà áóëî âèçíà÷èòè ÷åðåç îáìåæåí³ ìîæ-
ëèâîñò³ ìåòîäó ðåºñòðàö³¿ (ïîíàä 520 íì).
Ö³ äàí³ äàþòü çìîãó ïðèïóñòèòè, ùî ï³ñëÿ
âèìèâàííÿ ìàòåð³àëó ïåðâèííèõ íàíî÷àñòèíîê
ñèë³êàãåëþ, îá’ºì, ùî âîíè çàéìàþòü, ïåðåòâîðþºòüñÿ
â íàíîïîðè, ÿê³ º ïîâåðõíåâèìè ôðàêòàëàìè ³ õàðàê-
òåðèçóþòüñÿ øîðñòêîþ ðîçâèíåíîþ ïîâåðõíåþ
(ðèñ. 3à). Òàê³ ôðàêòàëè º ðåïë³êàìè â³äïîâ³äíèõ íà-
íî÷àñòèíîê ñèë³êàãåëþ ³ çáåð³ãàþòü îñîáëèâîñò³ ïðî-
ñòîðîâîãî ðîçïîä³ëó âèõ³äíîãî øàáëîíà. Ïðîòå, ïðî-
öåñ âèìèâàííÿ íåîðãàí³÷íèõ íàíî÷àñòîê ³ ïîäàëüøî-
ãî ñóø³ííÿ ìàòåð³àëó ïðèçâîäèòü ÿê äî ïîì³òíîãî
çìåíøåííÿ ä³àìåòðà ïåðâèííèõ íàíîïîð âíàñë³äîê äå-
ôîðìàö³¿ ¿õ âíóòð³øíüî¿ ïîâåðõí³, òàê ³ äî âèíèêíåí-
íÿ ì³êðîòð³ùèí, ùî çâ‘ÿçóþòü ñóñ³äí³ ïåðâèíí³ íà-
íîïîðè. Âíàñë³äîê öüîãî ³ç ñëàáêî àãðåãîâàíèõ óòâî-
ðåíü, ÿê³ ôîðìóâàëè ñèë³êàòí³ ÷àñòèíêè ó âèõ³äíîìó
ñèë³êàãåë³, óòâîðþþòüñÿ ìàñîâî-ôðàêòàëüí³ àãðåãàòè
(ðîçãàëóæåí³ óòâîðåííÿ), ùî ñêëàäàþòüñÿ ç íàíîïîð,
çâ’ÿçàíèõ ì³æ ñîáîþ ñèñòåìîþ ì³êðîòð³ùèí. Òàêèé
àãðåãàò ñõåìàòè÷íî ïîäàíèé íà ðèñ. 3á.
Ââåäåííÿ â ÍÂÌ ì³í³ìàëüíî¿ ê³ëüêîñò³ Ni
(1,25 %) ïðèçâîäèòü äî çíà÷íî¿ çì³íè â³äì³÷åíîãî
âèùå õàðàêòåðó ïðîñòîðîâî¿ àãðåãàö³¿. Êðèâà ðîçñ³-
ÿííÿ (êðèâà 2, ðèñ. 2) ìຠäâ³ ïðÿìîë³í³éí³ ä³ëÿíêè,
àëå ¿õ íàõèë ïîä³áíèé íàõèëó ó âèõ³äí³é ðåïë³ö³.
Ôðàêòàëüí³ óòâîðåííÿ ïåðøîãî ð³âíÿ ïðàêòè÷íî çáå-
ð³ãàþòü ñâî¿ ðîçì³ðè, àëå ðîçì³ðè ñôîðìîâàíèõ íèìè
ìàñîâî-ôðàêòàëüíèõ àãðåãàò³â äðóãîãî ð³âíÿ çíà÷íî
çðîñòàþòü ³ âèõîäÿòü çà ìåæ³ ³íôîðìàö³¿ ðåíòãåí³âñü-
êî¿ êàìåðè (> 500 íì).
Ïðè àíàë³ç³ äàíèõ îñîáëèâîñòåé òðåáà âðàõîâóâà-
òè òîé ôàêò, ùî ³íòåíñèâí³ñòü ðåíòãåí³âñüêîãî âè-
ïðîì³íþâàííÿ ðå÷îâèíîþ ïðèáëèçíî ïðîïîðö³éíà
êâàäðàòó éîãî åëåêòðîííî¿ ãóñòèíè, à õàðàêòåðèñòè-
êè îñòàííüî¿ äëÿ Ni òà Ñ ð³çíÿòüñÿ á³ëüø í³æ íà ïîðÿ-
äîê âåëè÷èíè. Òîìó, ðîçñ³ÿííÿ, ÿêå ìè ñïîñòåð³ãàºìî,
ïðàêòè÷íî ïîâí³ñòþ â³äïîâ³äຠðîçñ³ÿííþ ìàòåð³àëîì
í³êåëåâî¿ ôàçè.
Çðîñòàííÿ âì³ñòó Ni äî 2,5 % (êðèâà 3, ðèñ. 2) ðà-
äèêàëüíèì ÷èíîì çì³íþº õàðàêòåð ïðîñòîðîâîãî ðîç-
òàøóâàííÿ ÷àñòî÷îê í³êåëþ. Ïåðâèííèìè åëåìåíòà-
ìè ñòðóêòóðè ó öüîìó âèïàäêó º ìàñîâî-ôðàêòàëüí³
(äåíäðèòîïîä³áí³) àãðåãàòè. ¯õ ðîçì³ðè ìàéæå â òðè
1011
109
107
105
103
101
0,1 1 10q, íì-1
I,
cì
-1
Ðèñ. 2. Íîðìàë³çîâàí³ äî àáñîëþòíèõ çíà÷åíü êðèâ³
ðîçñ³ÿííÿ â êîîðäèíàòàõ log(I)–log(q): 1 – âèõ³äíà
âóãëåöåâà ðåïë³êà; 2–4 ç íàíåñåííÿì 1,25; 2,50 ³ 5,00 %
Ni íà ïîâåðõíþ â³äïîâ³äíî
à á
Ðèñ. 3. Ñõåìàòè÷íå çîáðàæåííÿ ñòðóêòóðè
ïåðâèííî¿ íàíî÷àñòêè ÍÂÌ, ùî óòâîðèëàñÿ ï³ñëÿ
âèäàëåííÿ íåîðãàí³÷íîãî ñèë³êàòíîãî ìàòåð³àëó: à –
ïåðâèííà íàíîïîðà ç øîðñòêóâàòîþ ïîâåðõíåþ, á –
ïîâåðõíåâî-ôðàêòàëüíèé àãðåãàò ç íàíîïîð
315
Ñòðóêòóðà òà êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü òåìïëàòîâàíîãî íàíîïîðóâàòîãî âóãëåöåâîãî ìàòåð³àëó
ðàçè ïåðåâèùóþòü ðîçì³ðè íàíîïîð âóãëåöåâî¿ ìàò-
ðèö³. Ìîæíà ïðèïóñòèòè, ùî òàê³ àãðåãàòè ïî÷èíà-
þòü ôîðìóâàòèñÿ â ìåæàõ îêðåìèõ íàíîïîð ³ ñÿãà-
þòü ìåæ ¿õ ïåðøî¿ êîîðäèíàö³éíî¿ ñôåðè, òîáòî
áëèæí³õ ñóñ³äí³õ íàíîïîð. Î÷åâèäíî, ùî âîíè ïðåä-
ñòàâëÿþòü äîâîë³ àæóðí³ óòâîðåííÿ îñê³ëüêè â ïðî-
òèëåæíîìó âèïàäêó ¿õ ðîçì³ðè íå ïåðåâèùóâàëè á
ðîçì³ðè, îáìåæåí³ âíóòð³øí³ì ïðîñòîðîì îêðåìèõ
íàíîïîð. Òàê³ äåíäðèòîïîä³áí³ óòâîðåííÿ âèïàäêîâèì
÷èíîì ðîçïîä³ëåí³ â ïðîñòîð³ ìàòåð³àëó òà ôîðìóþòü
íà á³ëüø âèñîêîìó ìàñøòàáíîìó ð³âí³ àãðåãàòè òèïó
ïîâåðõíåâèõ ôðàêòàë³â.
Ïðè ïîäàëüøîìó ï³äâèùåíí³ âì³ñòó Ni äî 5 %
(êðèâà 4, ðèñ. 2) ìàñîâî-ôðàêòàëüí³ àãðåãàòè ïåðøî-
ãî ð³âíÿ ñòàþòü á³ëüø ù³ëüíèìè, í³æ ó ïîïåðåäíüî-
ìó âèïàäêó. Âîíè ôîðìóþòüñÿ ïðàêòè÷íî â óñ³õ íà-
íîïîðàõ ìàòåð³àëó, òîìó ¿õ ðîçì³ðè áëèçüê³ äî ðîçì³ð³â
íàíîïîð, à õàðàêòåð ïðîñòîðîâîãî ðîçïîä³ëó ìàéæå
³äåíòè÷íèé òàêîìó, ÿê ³ ó âèõ³äíî¿ ðåïë³êè.
Êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ, íàíå-
ñåíèõ íà ÍÂÌ, áóëà äîñë³äæåíà â ïðîöåñàõ êàòîäíîãî
â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â ³ ã³äðîêðåê³íãó
àëê³ëàðîìàòè÷íèõ âóãëåâîäí³â.
ßê êàòàë³çàòîðè ðîçùåïëåííÿ ìîëåêóëÿðíîãî âîäíþ
äî àòîìàðíîãî âèñòóïàþòü àêòèâí³ öåíòðè ìåòàë³â Ni,
Pd, Pt, Co òà ³í. ̄ õ àêòèâí³ñòü, â îñíîâíîìó, çàëåæèòü â³ä
ê³ëüêîñò³ íàíåñåíîãî ìåòàëó òà ñòóïåíÿ éîãî äèñïåðñ-
íîñò³ [28, 29]. Ö³ æ ìåòàëè òà êîìïîçèö³¿ íà ¿õ îñíîâ³
âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê êàòîäí³ ìàòåð³àëè â ð³çíèõ åëåêò-
ðîõ³ì³÷íèõ ïðîöåñàõ – åëåêòðîë³ç³, åëåêòðîä³àë³ç³, ïðÿ-
ìîìó õ³ì³÷íîìó ãåíåðóâàíí³ ñòðóìó, à òàêîæ ó, òàê çâà-
íèõ, “ïðîòîííèõ íàñîñàõ” (hydrogen pumps) [30–32]. Ó
öèõ ïðîöåñàõ íà êàòîäàõ çä³éñíþºòüñÿ â³äíîâëåííÿ
ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â äî àòîìàðíîãî âîäíþ. Äëÿ ðåàêö³é
òàêîãî ðîäó õàðàêòåðíà ñòàä³ÿ îáîðîòíîãî ïåðåõîäó àòî-
ìàðíîãî âîäíþ äî ìîëåêóëÿðíîãî. Ñàìå öÿ ñòàä³ÿ
ë³ì³òóþ÷à äëÿ ïðîöåñó â³äíîâëåííÿ çà íàÿâíîñò³ âèùå
ïåðåðàõîâàíèõ ìåòàë³â ÿê êàòàë³çàòîð³â àáî êàòîä³â. Ïðî-
òîíè ãåíåðóþòüñÿ ³ç ðîç÷èíó åëåêòðîë³òó ³ çà äîïîìî-
ãîþ ïðîòîíîïðîâ³äíî¿ ìåìáðàíè ïåðåäàþòüñÿ ³ç àíîä-
íî¿ êàìåðè äî êàòîäíî¿, äå â³äíîâëþþòüñÿ äî ìîëåêó-
ëÿðíîãî âîäíþ ç âèä³ëåííÿì âîäè.
Çàãàëüíà ñõåìà êàòîäíîãî ïðîöåñó â³äíîâëåííÿ
âîäíþ ìຠâèãëÿä:
(Í2Î)nÍ
+ → (Í2Î)nÍ
+
àäñ. → Íàäñ.+ n(H2O)àäñ. →
→ ½Í2 + n(Í2Î).
Äåòàëüí³øèé ðîçãëÿä äຠçìîãó âèä³ëèòè äåê³ëüêà
êëþ÷îâèõ ñòàä³é, ÿê³ â³äáóâàþòüñÿ ç ð³çíèìè øâèä-
êîñòÿìè [12, 33]:
ïåðøà ñòàä³ÿ – ï³äâåäåííÿ óãðóïîâàíü (Í2Î)nÍ
+ äî
ïîâåðõí³ åëåêòðîäà:
Êat + (Í2Î)nÍ
+ → Êat•(Í2Î)nÍ;
äðóãà ñòàä³ÿ – ðîçðÿä àäñîðáîâàíèõ ãðóï (Í2Î)nÍ
+ (à):
2 Êat•(Í2Î)nÍ → 2 Êat•Í + n Í2Î;
òðåòÿ ñòàä³ÿ – âèäàëåííÿ â³äíîâëåíîãî âîäíþ: êàòàë³-
òè÷íà ðåêîìá³íàö³ÿ:
2 Êat•Í → 2 Êat + Í2;
àáî åëåêòðîõ³ì³÷íà äåñîðáö³ÿ:
Êat•Í + Í+ (Í2Î)n+ å → 2 Êat + Í2 + n Í2Î.
Âàæëèâîþ îñîáëèâ³ñòþ åëåêòðîõ³ì³÷íèõ ïðîöåñ³â
º òå, ùî øâèäê³ñòü ïåðåá³ãó ïðîöåñó â ö³ëîìó âèçíà-
÷àºòüñÿ ïðåâàëþâàííÿì øâèäêîñò³ ñòàä³é (3), (4)
àáî (5). Íàïðÿìîê ïåðåòâîðåíü âèçíà÷àºòüñÿ â îñíîâ-
íîìó ïðèðîäîþ ìåòàëó, íà ÿêîìó â³äáóâàºòüñÿ
ïåðåòâîðåííÿ.
Çîêðåìà, äëÿ Pt, Pd ³ Ni ë³ì³òóþ÷à ñòàä³ÿ (4) – êà-
òàë³òè÷íà ðåêîìá³íàö³ÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â. Çã³äíî
ç [12, 32–34], äëÿ óòâîðåííÿ ìîëåêóëÿðíîãî âîäíþ ³ç
àòîìàðíîãî íåîáõ³äíå äîòðèìàííÿ ïåâíèõ çíà÷åíü
â³äñòàí³ ì³æ àòîìàìè ìåòàëó (Ìå) êàòîäíîãî ìàòåð³à-
ëó òà âåëè÷èíè åíåð㳿 çâ’ÿçêó Í–Ìå. Ïåðøà, ÿê â³äî-
ìî, çàëåæèòü â³ä äèñïåðñíîñò³ íàíåñåíîãî ìåòàëó,
òîáòî â³ä ðîçì³ð³â óòâîðþâàíèõ àãëîìåðàò³â, à åíåð-
ã³ÿ çâ’ÿçêó – â³ä ðîçïîä³ëó àòîì³â âîäíþ ïî êðèñòà-
ëîãðàô³÷íèõ ãðàíÿõ ÷àñòèíîê ìåòàëó. Òîáòî, êåðóâà-
òè øâèäê³ñòþ âèä³ëåííÿ âîäíþ ìîæíà âàð³þâàííÿì
õ³ì³÷íîãî ñêëàäó òà ñòðóêòóðè ïîâåðõí³ êàòîäà.
Ðåçóëüòàòè âèïðîáóâàíü ð³çíèõ ìàòåð³àë³â ÿê êà-
òîä³â äëÿ â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â, îòðè-
ìàíèõ ó ìåìáðàííîìó ðåàêòîð³ çà ïîñò³éíî¿ íàïðóãè
12 Â, íàâåäåíî íà ðèñ. 4. Çà íàÿâíîñò³ âñ³õ ìåòàëî-
âì³ñíèõ êàòîä³â ñïîñòåð³ãàëîñÿ âèä³ëåííÿ âîäíþ, ÿêå
ìîíîòîííî çá³ëüøóâàëîñÿ â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð â³ä
313 äî 368 Ê. Òåìïåðàòóðíèé ä³àïàçîí äîñë³äæåíü
îáìåæåíî âëàñòèâîñòÿìè âèêîðèñòàíî¿ ïðîòîíîïðî-
â³äíî¿ ìåìáðàíè ÌÊ-40Ë çà àòìîñôåðíîãî òèñêó –
âèùå 363 Ê âîíà çíåâîäíþºòüñÿ, ³ ïðîòîííèé ñòðóì
ñòð³ìêî çíèæóºòüñÿ.
Çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó 0,002–0,010 À â äîñë³äæó-
âàíîìó ä³àïàçîí³ òåìïåðàòóð, ùî ðåºñòðóþòüñÿ ïðè
âèêîðèñòàíí³ ÿê êàòîäà ðåïë³êè (ðèñ. 4, êðèâà 1), ïî-
ÿñíþþòüñÿ ä³åëåêòðè÷íèìè âëàñòèâîñòÿìè âóãëåöå-
âîãî àäñîðáåíòà. Ñë³ä â³äì³òèòè, ùî àêòèâí³ñòü âèõ³ä-
íî¿ ðåïë³êè âäâ³÷³ ïåðåâèùóº àêòèâí³ñòü òèïîâîãî
ä³åëåêòðèêà – àêòèâîâàíîãî âóã³ëëÿ ç ïèòîìîþ ïîâåð-
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
313 323 333 343 353 363 373
1
2
3
4
5
6
Ðèñ. 4. Çì³íà ñèëè ñòðóìó â³ä òåìïåðàòóðè íà ð³çíèõ
êàòîäàõ (U = 12 V): 1 – âèõ³äíèé çðàçîê âóãëåöåâî¿
ðåïë³êè; 2–4 ç íàíåñåííÿì 1,25; 5,00 ³ 2,50 % Ni íà
ÍÂÌ â³äïîâ³äíî; 5 – í³êåëü Ðåíåÿ; 6 – Pd
Ò, Ê
Ñ
èë
à
ñò
ðó
ìó
, À
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
316
Ë.Â. Ãîëîâêî, Þ.Ï. Ãîìçà, Â.À. Ïîâàæíèé, Ñ.Ä. Íåñ³í, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ, Â.À. Áîðòèøåâñüêèé, Â.Â. Êëåïêî
õíåþ 370 ì2/ã. Î÷åâèäíî, òàêå ñï³ââ³äíîøåííÿ ïîâ’ÿ-
çàíå, â ïåðøó ÷åðãó, ç íàÿâíèìè íà ïîâåðõí³ ðåïë³êè
êèñëîòíèìè ãðóïàìè, ñïîð³äíåí³ñòü ç ïðîòîíàìè ó
ÿêèõ âèùà, í³æ ó ÷èñòîãî âóãëåöþ. Ïî-äðóãå, á³ëüøà
ïèòîìà ïîâåðõíÿ ðåïë³êè (1100 ì2/ã) ³ â³äñóòí³ñòü
ì³êðîïîð ïîëåãøóº äèôóç³þ ã³äðàòîâàíîãî ïðîòîíà
äî ñòðóìîâ³äâîä³â ó ïîð³âíÿíí³ ç³ çâè÷àéíèì àêòèâî-
âàíèì âóã³ëëÿì. Ñàìå öå ðîáèòü äóæå ïðèâàáëèâèì ¿¿
âèêîðèñòàííÿ â êàòàë³òè÷íèõ ñèñòåìàõ â³äíîâëåííÿ
ÿê íîñ³ÿ, îñê³ëüêè, ÿê ïîêàçàíî â [13], êàòîäè äëÿ åôåê-
òèâíîãî çàñòîñóâàííÿ â ìåìáðàííèõ ðåàêòîðàõ ïî-
âèíí³ õàðàêòåðèçóâàòèñÿ íå ò³ëüêè âèñîêîþ êàòàë³òè÷-
íîþ àêòèâí³ñòþ òà åëåêòðîííîþ ïðîâ³äí³ñòþ, à é âè-
ñîêèìè çíà÷åííÿìè ãàçî- ³ âîäîïðîíèêíîñò³.
Ìîäèô³êóâàííÿ ïîâåðõí³ ÍÂÌ íàíîêëàñòåðàìè
í³êåëþ äຠçìîãó ï³äâèùèòè éîãî àêòèâí³ñòü ó 1,25 ³
20 ðàç³â çà òåìïåðàòóð 318 ³ 363 Ê â³äïîâ³äíî. Òàê,
ââåäåííÿ 1,25 (êðèâà 2), 2,5 (êðèâà 3) ³ 5,0 % í³êåëþ
(êðèâà 4) â ñòðóêòóðó âóãëåöåâîãî ìàòåð³àëó çàáåçïå-
÷óº çðîñòàííÿ ñèëè ñòðóìó çà òåìïåðàòóðè 323 Ê â³ä
0,002 äî 0,015; 0,029 ³ 0,019 À â³äïîâ³äíî.
Ñèëà ñòðóìó 0,029 À, äîñÿãíóòà çà òåìïåðàòóðè
323 Ê çà íàÿâíîñò³ 2,5 % Ni íà ïîâåðõí³ ÍÂÌ, â³äïî-
â³äຠ76,32 % çíà÷åííÿ, îòðèìàíîãî çà íàÿâíîñò³ êà-
òîäà ³ç í³êåëþ (êðèâà 5) ³ 41,18 % âåëè÷èíè äëÿ Pd (êðè-
âà 6). Òàê³ ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ ìîäèô³êîâàíîþ âóãëå-
öåâîþ ðåïë³êîþ ³ ìåòàë³÷íèìè êàòîäàìè ïðàêòè÷íî
çáåð³ãàþòüñÿ â òåìïåðàòóðí³é îáëàñò³ äî 348 Ê.
Êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü íàíåñåíèõ íàíîêëàñòåð³â
í³êåëþ â ïðîöåñ³ ã³äðîêðåê³íãó ³çîïðîï³ëáåíçîëó íà-
âåäåíà íà ðèñ. 5. ßê âèäíî ç ðèñóíêà. 5, íàíîñòðóêòó-
ðîâàíèé âóãëåöåâèé ìàòåð³àë ç äåíäðèòîïîä³áíîþ
ñòðóêòóðîþ íàíåñåíèõ íàíîêëàñòåð³â Ni (êîíöåíòðà-
ö³ÿ Ni – 2,5 %) òàêîæ ïîêàçóº ìàêñèìàëüíó êàòàë³òè÷-
íó àêòèâí³ñòü (êðèâà 3), ÿê ³ â ïîïåðåäíüîìó âèïàäêó.
Âèñíîâêè
Çà âèêîðèñòàííÿì ìåòîäèêè ìàëîêóòîâîãî ðîçñ³-
ÿííÿ ðåíòãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàííÿ âñòàíîâëåíî,
ùî ñèíòåçîâàí³ íàìè ÍÂÌ õàðàêòåðèçóþòüñÿ íàÿâ-
í³ñòþ ïåðâèííèõ ïîð ä³àìåòðîì ïðèáëèçíî 7 íì.
Îá’ºì ÍÂÌ çàïîâíåíèé ñèñòåìîþ ïåðâèííèõ ïîð, ÿê³
âçàºìîçâ’ÿçàí³ òà ðîçïîä³ëÿþòüñÿ çà ôðàêòàëüíèì
òèïîì, ôîðìóþ÷è ëàíöþãîâî-ðîçãàëóæåí³ êàíàëè.
Ñåðåäí³é ä³àìåòð òàêèõ óòâîðåíü ñòàíîâèòü ïðèáëèç-
íî 28 íì. Äàí³ ç àäñîðáö³¿-äåñîðáö³¿ àçîòó ñâ³ä÷àòü,
ùî åôåêòèâíà òîâùèíà íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ, íàíå-
ñåíèõ íà âóãëåöåâó ïîâåðõíþ, äîð³âíþº ïðèáëèçíî
0,8 íì. Ïðè÷îìó, öåé ðîçì³ð ïðîÿâëÿº òåíäåíö³þ äî
äåÿêîãî çá³ëüøåííÿ ñâîãî çíà÷åííÿ ç³ çá³ëüøåííÿì
âì³ñòó í³êåëþ.
Ïðè âì³ñò³ í³êåëþ áëèçüêî 2,5 % õàðàêòåð ïðîñòî-
ðîâîãî ðîçòàøóâàííÿ íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ íà ïî-
âåðõí³ íàíîïîð âóãëåöåâîãî íîñ³ÿ ðàäèêàëüíèì ÷è-
íîì çì³íþºòüñÿ. Ïåðâèííèìè åëåìåíòàìè ñòðóêòóðè
ó öüîìó âèïàäêó º ìàñîâî-ôðàêòàëüí³ (äåíäðèòî-
ïîä³áí³) àãðåãàòè. Òàê³ äåíäðèòîïîä³áí³ í³êåëüâì³ñí³
óòâîðåííÿ âèïàäêîâèì ÷èíîì ðîçïîä³ëåí³ â ïðîñòîð³
êîìïîçèòíîãî íàíîïîðóâàòîãî ìàòåð³àëó òà ôîðìóþòü
íà á³ëüø âèñîêîìó ìàñøòàáíîìó ð³âí³ àãðåãàòè òèïó
ïîâåðõíåâèõ ôðàêòàë³â.
Ñèíòåçîâàí³ ÍÂÌ ç íàíåñåíèìè íàíîêëàñòåðàìè
í³êåëþ áóëè ïðîòåñòîâàí³ â ðåàêö³ÿõ êàòàë³òè÷íîãî
â³äíîâëåííÿ ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â ³ ã³äðîêðåê³íãó ³çî-
ïðîï³ëáåíçîëó. Âèÿâëåíî, ùî ñàìå, ñôîðìîâàí³ ó âèã-
ëÿä³ äåíäðèòîïîä³áíèõ óòâîðåíü íà âóãëåöåâ³é ïîâåðõí³,
íàíîêëàñòåðè í³êåëþ ïîêàçóþòü ìàêñèìàëüíó êàòàë³òè÷-
íó àêòèâí³ñòü ó ðåàêö³ÿõ êàòàë³òè÷íîãî â³äíîâëåííÿ
ã³äðàòîâàíèõ ïðîòîí³â ³ ã³äðîêðåê³íãó ³çîïðîï³ëáåíçîëó.
Ö³ äîñë³äæåííÿ ïîêàçàëè, ùî ïîïåðåäíþ òà åôåê-
òèâíó ä³àãíîñòèêó êàòàë³òè÷íèõ âëàñòèâîñòåé ç ìåòîþ
îïòèì³çàö³¿ ñêëàäó êàòàë³òè÷íî¿ ñèñòåìè ìîæíà çä³éñíþ-
âàòè áåç ïðÿìèõ êàòàë³òè÷íèõ âèïðîáóâàíü íà ìàëèõ
íàâàæêàõ çðàçê³â ³ç âèêîðèñòàííÿì ëèøå ðåíòãåíîãðà-
ô³÷íèõ òà àäñîðáö³éíèõ ìåòîä³â.
0 50 150
???, ìÀ
100
0
0,005
0,01
0,015
0,02
W
1
2
3
4
Ðèñ. 5. Êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü íàíåñåíèõ
íàíîêëàñòåð³â í³êåëþ â ïðîöåñ³ ã³äðîêðåê³íãó
³çîïðîï³ëáåíçîëó: 1–3 ç íàíåñåííÿì 5,00; 1,25 ³ 2,50 %
Ni íà ïîâåðõíþ ÍÂÌ â³äïîâ³äíî; 4 – ïðîìèñëîâèé
àëþìî-í³êåëü-ìîë³áäåíîâèé êàòàë³çàòîð
˳òåðàòóðà
1. Rabinovich Leonid, Glezer Victor, Wu Zhibin, Lev
Ovadia // J. Electroanal. Chem. – 2001. – 502, ¹ 2. –
P. 146–159.
2. Santos L.R.B., Belin S., Briois V., Santilli
C.V., Pulcinelli S.H., Larbot A. // J. Sol-Gel. Sci. & Tech.
– 2003. – 26, ¹ 1–3. – P. 171–175.
3. Chul Woo Nam, Seong Ihl Woo // Thin Solid Films. –
1994. – 237, ¹ 1–2. – P. 314–319.
4. Haas D.E., Quijada J.N., Picone S.J., Birnie D.P., III,
“Effect of Solvent Evaporation Rate on “Skin” Formation
During Spin Coating of Complex Solutions”, in Sol-Gel
Optics V, B. S. Dunn, E. J. A. Pope, H. K. Schmidt, and
317
Ñòðóêòóðà òà êàòàë³òè÷íà àêòèâí³ñòü òåìïëàòîâàíîãî íàíîïîðóâàòîãî âóãëåöåâîãî ìàòåð³àëó
M. Yamane Eds., Proc. SPIE 3943, 280–284 (2000).
5. Haas-Santo Ê., Fichtner Ì., Schubert Ê. Preparation
of microstructure compatible porous supports by sol–gel
synthesis for catalyst coatings // Appl. Catalysis A:
General. – 2001. – 220, ¹ 1–2. – P. 79–92.
6. Juliana C. Biazzotto, Ednalva A. Vidoto, Otaciro R.
Nascimento, Yassuko Iamamoto, Osvaldo A. Serra // J.
Non-Cryst. Solids. – 2002. – 304, ¹ 1–3. – P. 101–108.
7. Joseph H. Osborne, Kay Y. Blohowiak, S. Ray Taylor,
Chad Hunter, Gordon Bierwagon, Brendon Carlson, Dan
Bernard, Michael S. Donley // Progr. Org. Coatings –
2001. – 41, ¹ 4. – P. 217–225.
8. Ana P. Guimaraes, Ana P. P. Viana, Rochel M. Lago,
Nelcy D. S. Mohallem // J. Non-Cryst. Solids. – 2002. –
304, ¹1–3. – P. 70–75.
9. Ping Yang, Mengkai Lu, Chunfeng Song, Feng Gu,
Suwen Liu, Dong Xu, Duorong Yuan, Xiufeng Cheng // J.
Non-Cryst. Solids. – 2002. – 311, ¹1. – P. 99–103.
10. Äóáèíèí Ì.Ì. Èññëåäîâàíèå â îáëàñòè àäñîðáöèè
ãàçîâ è ïàðîâ óãëåðîäíûìè àäñîðáåíòàìè. – Ì.: Èçä-
âî ÀÍ ÑÑÑÐ, 1956. – 230 ñ.
11. Õèìè÷åñêèå è ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà óãëåðîäà / Ïîä
ðåä. Ô.Óîêåðà. Ì.: Ìèð, 1969. – 366 ñ.
12. Ëèäîðåíêî Í.Ñ., Ìó÷íèê Ã.Ô. Ýëåêòðîõèìè÷åñêèå
ãåíåðàòîðû. – Ì.: Ýíåðãîèçäàò, 1982. – 448 c.
13. Boehm H. P. Chemical identification of surface groups
// Adv. Catal. And Relat. Subj. – 1966. – Vol 16. –
P. 179–274.
14. Ãîëîâêî Ë.Â., Ïîâàæíûé Â.À., Íàçàðåíêî Â.À.,
Çàÿö Í.Í. Ìåòèëñèëèðîâàíèå ïîâåðõíîñòè
âûñîêîäèñïåðñíîãî ãðàôèòà // Òåîðåòè÷åñêàÿ è
ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ õèìèÿ. – 1992. – Ò.28. – Ñ. 184–
186.
15. Áðóíàóýð Ñ. Àäñîðáöèÿ ãàçîâ è ïàðîâ. – Ì.: ÈË,
1948. – Ñ. 781–781.
16. Barrett E.P., Joyner L.G., Halenda P.P. // J. Am. Chem.
Soc. – 1951. – 73, No 1. – P. 373–380.
17. Ëèïàòîâ Þ.Ñ., Øèëîâ Â.Â., Ãîìçà Þ.Ï., Êðóãëÿê
Í.Å. Ðåíòãåíîãðàôè÷åñêèå ìåòîäû èçó÷åíèÿ
ïîëèìåðíûõ ñèñòåì. – Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 1982. – 296 ñ.
18. Vonk C.G., FFSAXS’s Program for Processing Small-
Angle X-ray Scattering Data. – Geleen, DSM, 1974. –
83 p.
19. Beaucage G. // J. Appl. Crystallogr. – 1995. – 28. –
Ð. 717–728.
20. Beaucage G. // J. Appl. Crystallogr. – 1996. – 29. –
Ð. 134–146.
21. Hyeon-Lee J., Beaucage G., Prausnits S.E., Vemury
S. // Langmuir. – 1998. – 14. – Ð. 5751–5756.
22. Øèëîâà Î.À., Øèëîâ Â.Â. Íàíîñèñòåìè,
íàíîìàòåð³àëè íàíîòåõíîëî㳿 / Çá³ðíèê íàóêîâèõ
ïðàöü. – Êè¿â: Àêàäåìïåð³îäèêà. – 2003, ò.1, âèï.1. –
Ñ. 9–83.
23. Øïàê À.Ï., Øèëîâ Â.Â, Øèëîâà Î.À., Êóíèöêèé
Þ.À. Äèàãíîñòèêà íàíîñèñòåì. Ìíîãîóðîâíåâûå
ôðàêòàëüíûå íàíîñòðóêòóðû. ×àñòü II. – Êèåâ:
Àêàäåìïåðèîäèêà. – 2004. – 112 ñ.
24. Ãàëüâàíîòåõíèêà. Ñïðàâ. èçä. / Àæîãèí Ô.Ô.,
Áåëåíüêèé Ì.À., Ãàëëü È.Å. – Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1987.
– 735 ñ.
25. Þñòè Ý., Ïèëüêóí Ì., Øàéáå Â., Âèíçåëü À. – Ì.:
Âûñîêîàêòèâíûé âîäîðîäíûé äèôôóçèîííûé
åëåêòðîä,1962. – 295 ñ.
26. Shukla A.K., Jackon C.L., Scott K., Raman R.K. //
Electrochemical Acta. – 2002. – ¹ 47. – P. 3401–3407.
27. Áîðòûøåâñêèé Â.À., Êàìåíñêèõ Ä.Ñ., Åâäîêèìåíêî
Â.À., Òêà÷åíêî Ò.Â., Ìåëüíèêîâà Ñ.Ë., Ìîòîðíûé Â.Ã.
// Òåçèñû Õ Ìåæäóíàð. êîíô. “Hydrogen Material
Science” ICHMS’2007, 21–27 ñåíòÿáðÿ, Ñóäàê,
Óêðàèíà. – Êèåâ, 2007. – Ñ. 868–869.
28. Ëåáåäåâ Í.Í. Õèìèÿ è òåõíîëîãèÿ îñíîâíîãî
îðãàíè÷åñêîãî è íåôòåõèìè÷åñêîãî ñèíòåçà. – Ì.:
Õèìèÿ, 1988. – 590 ñ.
29. Ãåéòñ Á., Êåòöèð Äæ., Øóéò Ã. Õèìèÿ
êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. – Ì.: Ìèð, 1981. – 551 ñ.
30. Millet P. // Electrochim. acta. – 1991. – 36, ¹ 2. –
P. 263–267.
31. Iwahara H., Matsumoto H., Takenchi K. // Solid State
Ionics. – 2000. – ¹ 136–137. – P. 133–138.
32. Matsumoto H., Hamajama S., Iwabara H. // Solid
State Ionics. – 2001. – ¹ 145. – P. 25–29.
33. Áàãîöêèé Â.Ñ., Áîãäàíîâñêàÿ Â.À., Âàñèëüåâ Þ.Á.,
è äð. – Ïðîáëåìû ýëåêòðîêàòàëèçà. – Ì.: Íàóêà, 1980.
– 271 ñ.
34. Àíòðîïîâ Ë.². Òåîðåòè÷íà åëåêòðîõ³ì³ÿ. – Ê.:
Ëèá³äü, 1993. – 540 ñ.
Íàä³éøëà äî ðåäàêö³¿ 27 òðàâíÿ 2008 ð.
318
Ë.Â. Ãîëîâêî, Þ.Ï. Ãîìçà, Â.À. Ïîâàæíèé, Ñ.Ä. Íåñ³í, Ä.Ñ. Êàìåíñüêèõ, Â.À. Áîðòèøåâñüêèé, Â.Â. Êëåïêî
Ñòðóêòóðà è êàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü òåìïëàòèðîâàííîãî
íàíîïîðèñòîãî óãëåðîäíîãî ìàòåðèàëà ñ èììîáèëèçèðîâàííûìè
íàíîêëàñòåðàìè íèêåëÿ
Ë.Â. Ãîëîâêî1, Þ.Ï. Ãîìçà2, Â.À. Ïîâàæíûé1, Ñ.Ä. Íåñèí2, Ä.Ñ. Êàìåíñêèõ1, Â.À. Áîðòûøåâñêèé1,
Â.Â. Êëåïêî2
1Èíñòèòóò áèîîðãàíè÷åñêîé õèìèè è íåôòåõèìèè ÍÀÍ Óêðàèíû
1, óë. Ìóðìàíñêàÿ, Êèåâ, ÃÑÏ, 02094, Óêðàèíà
2Èíñòèòóò õèìèè âûñîêîìîëåêóëÿðíûõ ñîåäèíåíèé ÍÀÍ Óêðàèíû
48, Õàðüêîâñêîå øîññå, Êèåâ, 02160, Óêðàèíà
Âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü íàíîïîð âûñîêîïîðèñòûõ óãëåðîäíûõ ìàòåðèàëîâ, ïîëó÷åííûõ
òåìïëàòíûì ñèíòåçîì íà îñíîâå íåîðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóëÿðíèõ ñèò è ïîëèìåðà ñ âûñîêèì
êîêñîâûì îñòàòêîì, èñïîëüçîâàíà êàê íîñèòåëü êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíûõ êëàñòåðîâ íèêåëÿ.
Ïðè ïîìîùè ìåòîäîâ ìàëîóãëîâîãî ðàññåÿíèÿ ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ è ñòðóêòóðíî-
àäñîðáöèîííûõ èññëåäîâàíèé óñòàíîâëåíà âçàèìîñâÿçü îñîáåííîñòåé ôîðìèðîâàííÿ, ñòðóêòóðû
è ôóíêöèîíàëüíûõ ñâîéñòâ äàííîé êàòàëèòè÷åñêîé ñèñòåìû. Êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü
íàíîêëàñòåðîâ íèêåëÿ, íàíåñåííîãî íà óãëåðîäíûå ìàòåðèàëû, èññëåäîâàëè â ïðîöåññàõ
êàòîäíîãî âîññòàíîâëåíèÿ ãèäðàòèðîâàííûõ ïðîòîíîâ è ãèäðîêðåêèíãà àëêèëàðîìàòè÷åñêèõ
óãëåâîäîðîäîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàíîêëàñòåðû íèêåëÿ, ñôîðìèðîâàííûå â âèäå
äåíäðèòîïîäîáíûõ àãðåãàòîâ âíóòðè ïîðèñòîãî ïðîñòðàíñòâà óãëåðîäíîé ìàòðèöû,
ïðîÿâëÿþò íàèâûñøóþ êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü â îáîèõ ïðîöåñàõ.
Structure and catalytic activity of templated nanoporous carbon material with
immobilized nickel nanoclusters
L.V. Golovko1, Yu.P. Gomza2, V.A. Povazhny1, S.D. Nesin2, D.S. Kamenskyh1, V.A. Bortishevsky1, V.V. Klepko2
1Bioorganic Chemistry and Petrochemistry Institute
1, Murmanska str., Kyiv, 02094, Ukraine
2Institute of Macromolecular Chemistry NAS of Ukraine
48, Kharkivske shausse, Kyiv, 02160, Ukraine
The inner surface of high porosity nanocarbon materials that obtained by templated synthesis on the
inorganic molecular sieve and high pyrolysis yield polymers base was used as support for catalytic
active Ni nanoclusters. The structure peculiarities of templated nanoporous carbon material with nickel
nanoclusters that formed in carbon pores were studied by small-angle X-ray (SAXS) scattering methods.
The catalytic activity of Ni nanoclusters supported by nanostructured carbon membranes in processes
of cathodic reduction of hydrated protons and hydrocracking of alkylaromatic hydrocarbons was
investigated. It was established that dendritic shape aggregates of Ni nanoclusters that grew on the
inner surface of carbon pores showed maximum catalytic activity in both reactions.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7313 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3275 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:44:51Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Головко, Л.В. Гомза, Ю.П. Поважний, В.А. Несін, С.Д. Каменських, Д.С. Бортишевський, В.А. Клепко, В.В. 2010-03-26T16:55:20Z 2010-03-26T16:55:20Z 2008 Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю / Л.В. Головко, Ю.П. Гомза, В.А. Поважний, С.Д. Несін, Д.С. Каменських, В.А. Бортишевський, В.В. Клепко // Полімер. журн. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 311-318. — Бібліогр.: 34 назв. — укp. 0203-3275 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7313 543.544-414.7: 544.022.533: 539.26 Внутрішню поверхню нанопор високопоруватих вуглецевих матеріалів, одержаних темплатним синтезом на основі неорганічних молекулярних сит і полімеру з високим коксовим залишком, використано як носій каталітично активних кластерів нікелю. За допомогою методів малокутового розсіяння рентгенівського випромінювання та структурно-адсорбційних досліджень встановлено взаємозв'язок особливостей формування, структури та функціональних властивостей цієї каталітичної системи. Каталітичну активність нанокластерів нікелю, нанесеного на вуглецеві матеріали, досліджено в процесах катодного відновлення гідратованих протонів і гідрокрекінгу алкілароматичних вуглеводнів. Встановлено, що нанокластери нікелю, сформовані у вигляді дендритоподібних агрегатів всередині поруватого простору вуглецевої матриці, проявляють найбільшу каталітичну активність в обох процесах. Внутренняя поверхность нанопор высокопористых углеродных материалов, полученных темплатным синтезом на основе неорганических молекулярних сит и полимера с высоким коксовым остатком, использована как носитель каталитически активных кластеров никеля. При помощи методов малоуглового рассеяния рентгеновского излучения и структурно-адсорбционных исследований установлена взаимосвязь особенностей формировання, структуры и функциональных свойств данной каталитической системы. Каталитическую активность нанокластеров никеля, нанесенного на углеродные материалы, исследовали в процессах катодного восстановления гидратированных протонов и гидрокрекинга алкилароматических углеводородов. Установлено, что нанокластеры никеля, сформированные в виде дендритоподобных агрегатов внутри пористого пространства углеродной матрицы, проявляют наивысшую каталитическую активность в обоих процесах. The inner surface of high porosity nanocarbon materials that obtained by templated synthesis on the inorganic molecular sieve and high pyrolysis yield polymers base was used as support for catalytic active Ni nanoclusters. The structure peculiarities of templated nanoporous carbon material with nickel nanoclusters that formed in carbon pores were studied by small-angle X-ray (SAXS) scattering methods. The catalytic activity of Ni nanoclusters supported by nanostructured carbon membranes in processes of cathodic reduction of hydrated protons and hydrocracking of alkylaromatic hydrocarbons was investigated. It was established that dendritic shape aggregates of Ni nanoclusters that grew on the inner surface of carbon pores showed maximum catalytic activity in both reactions. uk Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України Структура і властивості Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю Структура и каталитическая активность темплатированного нанопористого углеродного материала с иммобилизироованными нанокластерами никеля Structure and catalytic activity of templated nanoporous carbon material with immobilized nickel nanoclusters Article published earlier |
| spellingShingle | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю Головко, Л.В. Гомза, Ю.П. Поважний, В.А. Несін, С.Д. Каменських, Д.С. Бортишевський, В.А. Клепко, В.В. Структура і властивості |
| title | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| title_alt | Структура и каталитическая активность темплатированного нанопористого углеродного материала с иммобилизироованными нанокластерами никеля Structure and catalytic activity of templated nanoporous carbon material with immobilized nickel nanoclusters |
| title_full | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| title_fullStr | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| title_full_unstemmed | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| title_short | Структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| title_sort | структура та каталітична активність темплатованого нанопоруватого вуглецевого матеріалу з іммобілізованими нанокластерами нікелю |
| topic | Структура і властивості |
| topic_facet | Структура і властивості |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7313 |
| work_keys_str_mv | AT golovkolv strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT gomzaûp strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT považniiva strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT nesínsd strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT kamensʹkihds strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT bortiševsʹkiiva strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT klepkovv strukturatakatalítičnaaktivnístʹtemplatovanogonanoporuvatogovuglecevogomateríaluzímmobílízovaniminanoklasteraminíkelû AT golovkolv strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT gomzaûp strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT považniiva strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT nesínsd strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT kamensʹkihds strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT bortiševsʹkiiva strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT klepkovv strukturaikatalitičeskaâaktivnostʹtemplatirovannogonanoporistogouglerodnogomaterialasimmobiliziroovannyminanoklasteraminikelâ AT golovkolv structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT gomzaûp structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT považniiva structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT nesínsd structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT kamensʹkihds structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT bortiševsʹkiiva structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters AT klepkovv structureandcatalyticactivityoftemplatednanoporouscarbonmaterialwithimmobilizednickelnanoclusters |