Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок
Nitrogen-containing carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by the CVD method on oxide catalysts of Al-Fe-Mo-O by adding acetonitrile or ethylenediamine to the carbon source (propylene), or completely replacing it, as well as impregnating the original CNTs with urea, followed by heat t...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/587 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543928473354240 |
|---|---|
| author | Sementsov, Yu. I. Cherniuk, O. A. Zhuravskyi, S. V. Bo, Wang Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. |
| author_facet | Sementsov, Yu. I. Cherniuk, O. A. Zhuravskyi, S. V. Bo, Wang Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. |
| author_sort | Sementsov, Yu. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:01:52Z |
| description | Nitrogen-containing carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by the CVD method on oxide catalysts of Al-Fe-Mo-O by adding acetonitrile or ethylenediamine to the carbon source (propylene), or completely replacing it, as well as impregnating the original CNTs with urea, followed by heat treatment. The structure of nitrogen-containing CNTs (N-CNT) was characterized by the method of Raman scattering, transmission electron microscopy (TEM), differential thermal and gravimetric analysis (DTA, DTG) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The influence of the synthesis method on the number and chemical state of nitrogen heteroatoms in the structure of the carbon matrix is found. According to the TEM, nitrogen-containing CNTs have a characteristic bamboo-like structure, which is less perfect compared to the structure of the original CNTs: the characteristic Raman bands (G and D) are shifted to higher frequencies, their half-width and band D intensity increase relative to G. This is also manifested in the lower thermal stability of nitrogen-containing CNTs. According to the XPS, the direct synthesis of nitrogen-containing CNTs increases the total content of nitrogen atoms and the proportion of pyrrolic and quaternary nitrogen against the background of a significant decrease in the amount of pyridinic form. This can be explained by the fact that nitrogen is evenly distributed throughout the carbon matrix of CNTs, and during nitriding of CNTs with urea, nitrogen is included mainly in the surface layers and defects, because the pyridine form is characteristic of the edge location of the nitrogen atom in the graphene plane.The catalytic effect of multilayer nitrogen-containing carbon nanotubes (N-CNT) on the kinetics of decomposition of hydrogen peroxide in aqueous solutions at different pH values is considered. It is concluded that the method of direct synthesis of nitrogen-containing CNTs allows to obtain more catalytically active carbon nanotubes containing more nitrogen, mainly pyrrolic and quaternary type. It has been found that regardless of the method of synthesis, the maximum catalytic activity in the decomposition of hydrogen peroxide is observed at pH 7. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:18Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-587 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:17Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5872022-06-29T10:01:52Z Synthesis and catalytic properties of nitrogen-containing carbon nanotubes Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок Sementsov, Yu. I. Cherniuk, O. A. Zhuravskyi, S. V. Bo, Wang Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. nitrogen-containing carbon nanotubes catalysis hydrogen peroxide азотовмісні вуглецеві нанотрубки каталіз перекис водню Nitrogen-containing carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by the CVD method on oxide catalysts of Al-Fe-Mo-O by adding acetonitrile or ethylenediamine to the carbon source (propylene), or completely replacing it, as well as impregnating the original CNTs with urea, followed by heat treatment. The structure of nitrogen-containing CNTs (N-CNT) was characterized by the method of Raman scattering, transmission electron microscopy (TEM), differential thermal and gravimetric analysis (DTA, DTG) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The influence of the synthesis method on the number and chemical state of nitrogen heteroatoms in the structure of the carbon matrix is found. According to the TEM, nitrogen-containing CNTs have a characteristic bamboo-like structure, which is less perfect compared to the structure of the original CNTs: the characteristic Raman bands (G and D) are shifted to higher frequencies, their half-width and band D intensity increase relative to G. This is also manifested in the lower thermal stability of nitrogen-containing CNTs. According to the XPS, the direct synthesis of nitrogen-containing CNTs increases the total content of nitrogen atoms and the proportion of pyrrolic and quaternary nitrogen against the background of a significant decrease in the amount of pyridinic form. This can be explained by the fact that nitrogen is evenly distributed throughout the carbon matrix of CNTs, and during nitriding of CNTs with urea, nitrogen is included mainly in the surface layers and defects, because the pyridine form is characteristic of the edge location of the nitrogen atom in the graphene plane.The catalytic effect of multilayer nitrogen-containing carbon nanotubes (N-CNT) on the kinetics of decomposition of hydrogen peroxide in aqueous solutions at different pH values is considered. It is concluded that the method of direct synthesis of nitrogen-containing CNTs allows to obtain more catalytically active carbon nanotubes containing more nitrogen, mainly pyrrolic and quaternary type. It has been found that regardless of the method of synthesis, the maximum catalytic activity in the decomposition of hydrogen peroxide is observed at pH 7. Азотовмісні вуглецеві нанотрубки (ВНТ) синтезували CVD-методом на оксидних каталізаторах Al-Fe-Mo-O, додаючи в джерело вуглецю (пропілен) ацетонітрил або етилендіамін, або повністю його заміщуючи, а також просочуючи сечовиною вихідні ВНТ з подальшою термообробкою. Структура азотовмісних ВНТ характеризувалась методом комбінаційного розсіяння світла (КРС), трансмісійної мікроскопії (ТЕМ), диференціального термічного й гравіметричного аналізу (ДТА, ДТГ) і рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС). Встановлено вплив методу синтезу на кількість та хімічний стан гетероатомів азоту в структурі вуглецевої матриці. За результатами ТЕМ, азотовмісні ВНТ мають характерну бамбукоподібну структуру, що є менш досконалою в порівнянні з структурою вихідних ВНТ: характерні смуги (G i D) КРС зміщені в область вищих частот, збільшується їхня напівширина та інтенсивність смуги D відносно G. Це також проявляється в меншій термічній стійкості азотовмісних ВНТ. За даними РФЕС, при безпосередньому синтезі азотовмісних ВНТ збільшується загальний вміст атомів азоту й частка пірольного та четвертинного на тлі значного зменшення кількості піридинової форми. Це можна пояснити тим, що азот рівномірно розподіляється по всьому об’єму вуглецевої матриці ВНТ, а під час азотування ВНТ сечовиною азот включається переважно в поверхневі шари та на дефектах, оскільки піридинова форма характерна для крайового розташування атома азоту в площині графену. Розглядається каталітичний вплив багатошарових азотовмісних ВНТ на кінетику розкладання перекису водню у водних розчинах при різних значеннях рН. Зроблено висновок, що метод прямого синтезу азотoвмісних ВНТ дозволяє отримати більш каталітично активні вуглецеві нанотрубки, що містять більшу кількість азоту, переважно пірольного та четвертинного типу. Також встановлено, що незалежно від методу синтезу максимальна каталітична активність при розкладанні перекису водню спостерігається при рН 7. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-06-08 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/587 10.15407/hftp12.02.135 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 2 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 135-143 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 2 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 135-143 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 2 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 135-143 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/587/595 Copyright (c) 2021 Yu. I. Sementsov, O. A. Cherniuk, S. V. Zhuravskyi, Wang Bo, K. V. Voitko, O. M. Bakalinska, M. T. Kartel |
| spellingShingle | азотовмісні вуглецеві нанотрубки каталіз перекис водню Sementsov, Yu. I. Cherniuk, O. A. Zhuravskyi, S. V. Bo, Wang Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title | Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title_alt | Synthesis and catalytic properties of nitrogen-containing carbon nanotubes |
| title_full | Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title_fullStr | Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title_full_unstemmed | Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title_short | Синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| title_sort | синтез і каталітичні властивості азотовмісних вуглецевих нанотрубок |
| topic | азотовмісні вуглецеві нанотрубки каталіз перекис водню |
| topic_facet | nitrogen-containing carbon nanotubes catalysis hydrogen peroxide азотовмісні вуглецеві нанотрубки каталіз перекис водню |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/587 |
| work_keys_str_mv | AT sementsovyui synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT cherniukoa synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT zhuravskyisv synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT bowang synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT voitkokv synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT bakalinskaom synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT kartelmt synthesisandcatalyticpropertiesofnitrogencontainingcarbonnanotubes AT sementsovyui sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT cherniukoa sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT zhuravskyisv sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT bowang sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT voitkokv sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT bakalinskaom sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok AT kartelmt sintezíkatalítičnívlastivostíazotovmísnihvuglecevihnanotrubok |