ТЕРМОПОРОМЕТРИЯ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ УГЛЕРОДНЫХ МАТРИЦ
Аннотация
Углеродные материалы находят сегодня широчайшее применение в различных отраслях науки и технологии, поэтому методы физико-химического анализа, чувствительные к структуре углеродных матриц, являются важнейшим инструментом в руках материаловедов при разработке новых материалов и технологий на основе элементного углерода. Например, методы термического анализа при корректной постановке эксперимента, учитывающей особенности углеродных матриц, могут быть чрезвычайно информативными при изучении структуры углеродных материалов. В работе рассматривается нюансы использования термопорометрии и термического анализа в окислительной атмосфере при исследовании структуры углеродных матриц на примере пористых углеродных пиролизатов, полученных в результате микрофазового разделения, индуцируемого поликонденсацией, в термореактивных системах на основе резольных фенолформальдегидных смол и продуктов синтеза углеродных нанотрубок, полученных каталитическим газофазным осаждением из углеводородных прекурсоров. Показано, что для получения информации об открытой мезо- и макропористой структурах углеродных материалов с использованием термопорометрии и дистиллированной воды в качестве пенетранта необходимо удалять кислородсодержащие группы, находящиеся на поверхности углеродной матрицы, т.к. они способствуют образованию неравномерного незамерзающего слоя пенетранта (δ-слоя) в порах различного размера, что приводит к ошибке в расчетах дифференциальных и интегральных кривых распределения пор по размерам. Показано, что метод термического анализа в окислительной атмосфере позволяет проводить сравнительную оценку структур углеродных матриц только при проведении эксперимента в кинетически-контролируемом режиме реакции окисления углерода. Данный режим может быть достигнут при невысоких скоростях нагревания и разбавлении углеродного материала в химически инертной матрице.
Для цитирования:
Хасков М.А. Термопорометрия и окислительный термический анализ при исследовании углеродных матриц. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 10. С. 24-31. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.1y.
Литература
Walker Jr. P.L. // Am. Sci. 1962. V. 50. P. 259-293.
Lever T., Haines P., Rouquerol J., Charsley E.L., Eckeren P.Van, Burlett D.J. // Pure Appl. Chem. 2014. V. 86. N 4. P. 545–553. DOI: 10.1515/pac-2012-0609.
Bannov A.G., Popov M.V., Kurmashov P.B. // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 142. P. 349–370. DOI: 10.1007/s10973-020-09647-2.
Riikonen J., Salonen J., Lehto V.-P. // J. Therm. Anal. Calorim. 2011. V. 10. P. 811–821. DOI: 10.1007/s10973-010-1167-0.
Khaskov M.A. // Ind. lab. Diagn. mater. 2020. V. 86. N 11. P. 28-35 (in Russian). DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-11-28-35.
Inagaki M. // New Carbon Mater. 2009. V. 24. N 3. P. 193–232. DOI: 10.1016/S1872-5805(08)60048-7.
Zaytsev D.S., Tvardovskiy A.V., Shkolin A.V., Fomkin A.A. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 7. P. 52-57. DOI: 10.6060/ivkkt.20196207.5877.
Li B., Xiong H., Xiao Y. // Int. J. Electrochem. Sci. 2020. V. 15. P. 1363 – 1377. DOI: 10.20964/2020.02.04.
Kinnertová E., Slovák V., Zelenka T., Vaulot C., Delmotte L. // Materials. 2022. V. 15. P. 9021: 1-17. DOI: 10.3390/ma15249021.
Khaskov M.A., Shestakov A.M., Sorokin O.Y., Zelenina I.V. // Ceram. Int. 2020. V. 46. N 13. P. 21632–21637. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.05.269.
Cebulak S., Smieja-Król B., Duber S., Misz M., Morawski A.W. // J. Therm. Anal. Calorim. 2004. V. 77. P. 201–206. DOI: 10.1023/B:JTAN.0000033204.53768.bb.
Karaeva A.R., Khaskov M.A., Mitberg E.B., Kulnitskiy B.A., Perezhogin I.A., Ivanov L.A., Denisov V.N., Ki-richenko A.N., Mordkovich V.Z. // Fullerenes, Nanotubes, Carbon Nanostruct. 2012. V. 20. P. 411–418. DOI: 10.1080/1536383X.2012.655229.
Li L., Yao X., Li H., Liu Z., Ma W., Liang X. // J. Chem. Eng. Jap. 2014. V. 47. N 1. P. 21–27. DOI: 10.1252/jcej.13we193.
Zelenková G., Zelenka T., Slovák V. // Micropor. Mesopor. Mater. 2021. V. 326. P. 111358: 1-9. DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111358.
Senneca O. // En. Proc. 2017. V. 120. P. 62-74. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.07.155.
Picheau E., Amar S., Derré A., Pénicaud A., Hof F. // Chem. Eur. J. 2022. V. 28. N 54. e202200117: 1-18. DOI: 10.1002/chem.202200117.
Khaskov M.A., Gulyaev A.I., Sinyakov S.D., Ponomarenko S.A. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 233. P. 236-241. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.05.060.
Grace A.N., Sonar P., Bhardwaj P., Chakravorty A. Handbook of Porous Carbon Materials. Singapore: Springer. 2023. 1172 p. DOI: 10.1007/978-981-19-7188-4.
Shafeeyan M.S., Daud W.M.A.W., Houshmand A., Shamiri A. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2010. V. 89. P. 143–151. DOI: 10.1016/j.jaap.2010.07.006.
Caro M.A., Aarva A., Deringer V.L., Csányi G., Laurila T. // Chem. Mater. 2018. V. 30. N 21. P. 7446–7455. DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03353.
Shen W., Li Z., Liu Y. // Rec. Pat. Chem. Eng. 2008. V. 1. N 1. P. 27-40. DOI: 10.2174/2211334710801010027.
Picheau E., Hof F., Derré A., Amar S., Noé L., Monthioux M., Pénicaud A. // C. J. Carbon Res. 2022. V. 8. N 2. P. 31: 1-10. DOI: 10.3390/c8020031.
Carlsson P.-A. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. N 16. P. 9063–9071. DOI: 10.1021/jp300738a.
Shchegolkov A.V., Shchegolkov A.V. // Ross. Khim. Zhurn. 2021. V. 65. N 4. P. 56-60 (in Russian). DOI: 10.6060/rcj.2021654.9.
Mordkovich V.Z., Khaskov M.A., Naumova V.A., De V.V., Kulnitskiy B.A., Karaeva A.R. // J. Comp. Sci. 2023. V. 7. N 2. P. 79–89. DOI: 10.3390/jcs7020079.
Jorio A., Saito R. // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. P.021102: 1-27. DOI: 10.1063/5.0030809.
