kemsuСибСкриптSibScript2949-21222949-2092Kemerovo State Universitykemsu-867Research ArticleХимияCHEMISTRYНАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИТЫ AU-C С РЕГУЛИРУЕМОЙ ДИСПЕРСНОСТЬЮ НАПОЛНИТЕЛЯNANOSTRUCTURED AU-C COMPOSITES WITH CONTROLLABLE DISPERSITY OF FILLERСименюкГ. Ю.SimenyukG. Yu.

Сименюк Галина Юрьевна – кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов.8 (3842) 36-31-89, galina-simenyuk@yandex.ru

Galina Yu. Simenyuk – Candidate of Chemistry, Researcher at the Laboratory of Non-Organic Materials

galina-simenyuk@yandex.ruЗахаровЮ. А.ZakharovYu. A.

Захаров Юрий Александрович – член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии твердого тела КемГУ.8 (3842) 58-05-91, zaharov@kemsu.ru

Yuriy A. Zakharov – Corresponding Member of the RAS, Doctor of Chemistry, Professor, Head of the Department of Solid State Chemistry

zaharov@kemsu.ruПавелкоН. В.PavelkoN. V.

Павелко Нина Витальевна – аспирант кафедры химии твердого тела КемГУ.8-904-576-50-11, n-pavelkon2013@yandex.ru

Nina V. Pavelko – post-graduate student at the Department of Solid State Chemistry

n-pavelkon2013@yandex.ruПугачёвВ. М.PugachevV. M.

Пугачёв Валерий Михайлович – кандидат химических наук, доцент кафедры химии твердого тела КемГУ.8 (3842) 58-05-91, vm1707@mail.ru

Valery M. Pugachev – Candidate of Chemistry, Assistant professor at the Department of Solid State Chemistry

vm1707@mail.ruДодоновВ. Г.DodonovV. G.

Додонов Вадим Георгиевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры химии твердого телаКемГУ.8 (3842) 58-05-91, 233191@mail.ru

Vadim G. Dodonov – Candidate of Physics and Mathematics, Senior Researcher at the Department of Solid State Chemistry

233191@mail.ruМанинаТ. С.ManinaT. S.

Манина Татьяна Сергеевна – аспирант лаборатории катализа в углехимии.

8(3842)36-86-97, kuklesh@mail.ru

Tatiana S. Manina – post-graduate student at the Laboratory of Catalysis in Coal Chemistry, Institute of Coal

kuklesh@mail.ruИнститут углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Coal Chemistry and Material Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationКемеровский государственный университетРоссияKemerovo State UniversityRussian FederationИнститут углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наукРоссияChemistry and Material Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20131603201604-1217225Copyright © Сименюк Г.Ю., Захаров Ю.А., Павелко Н.В., Пугачёв В.М., Додонов В.Г., Манина Т.С., 20132013Сименюк Г.Ю., Захаров Ю.А., Павелко Н.В., Пугачёв В.М., Додонов В.Г., Манина Т.С.Simenyuk G.Y., Zakharov Y.A., Pavelko N.V., Pugachev V.M., Dodonov V.G., Manina T.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibscript.ru/jour/article/view/867

Получены наноструктурированные металл-углеродные композиты (НМУК) восстановлением HAuCl4 в порах и на внешней поверхности углеродной матрицы. Исследовано влияние различных факторов на дисперсность металлической фазы в нанокомпозитах Au/мезопористый углерод. Фазовый состав композитов и средний размер кристаллитов металлического золота определяли методом рентгенофазового анализа. Функции распределения частиц по размерам рассчитывали по кривым малоуглового рассеяния рентгеновского излучения. Параметры пористой структуры оценивали на основании изотерм адсорбции-десорбции азота при 77 К. Установлены оптимальные условия получения НМУК, препятствующие значительному уменьшению удельной поверхности и объема пор углеродной матрицы при наполнении ее наночастицами золота.

Nanostructured metal-carbon composites (NMCC) have been prepared by reduction of HAuCl4 in pores and upon external surface of carbon matrix. The influence of different factors on dispersity of metallic phase has been investigated. NMCC phase composition and average crystallite size were determined by X-Ray Diffraction Method. Functionsof particles sizes distribution were calculated on Small-Angle X-Ray Scattering curves. Porous structure parameters were estimated on the basis of adsorption-desorption isotherm of nitrogen at 77 K. Optimal conditions of NMCC production preventing significant decreasing of specific surface and pores volume of carbon matrix during their filling with gold nanoparticles were established.

наноструктурированные материалыкомпозитыметаллзолотомезопористый углероддисперсностьnanostructured materialscompositesmetalgoldmesoporous carbondispersityМинистерство образования и науки Российской ФедерацииReferencesDaniel, M.-C. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology / M.-C. Daniel, D. Astruc // Chem. Rev. – 2004. – V. 104. – P. 293 – 346.Daniel, M.-C. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology / M.-C. Daniel, D. Astruc // Chem. Rev. – 2004. – V. 104. – P. 293 – 346.Nanotextured gold coatings on carbon nanofiber scaffolds as ultrahigh surface-area electrodes / K. M. Metz [et al.] // Journal of Power Sources. – 2012. – V. 198. – P. 393 – 401.Nanotextured gold coatings on carbon nanofiber scaffolds as ultrahigh surface-area electrodes / K. M. Metz [et al.] // Journal of Power Sources. – 2012. – V. 198. – P. 393 – 401.Совместное вольтамперометрическое определение дофамина и мочевой кислоты на электроде, модифицированном самоорганизующимся монослоем цистамина с наночастицами золота / Л. Г. Шайдарова [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2011. – Т. 84. – № 2. – С. 222 – 228.Совместное вольтамперометрическое определение дофамина и мочевой кислоты на электроде, модифицированном самоорганизующимся монослоем цистамина с наночастицами золота / Л. Г. Шайдарова [и др.] // Журнал прикладной химии. – 2011. – Т. 84. – № 2. – С. 222 – 228.Guo, S. Synthesis and electrochemical applications of gold nanoparticles / S. Guo, E. Wang // Analytica Chimica Acta. – 2007. – V. 598. – P. 181 – 192.Guo, S. Synthesis and electrochemical applications of gold nanoparticles / S. Guo, E. Wang // Analytica Chimica Acta. – 2007. – V. 598. – P. 181 – 192.Gold nanoparticles in delivery applications / P. Ghosh [et al.] // Advanced Drug Delivery Reviews. – 2008. – V. 60. – P. 1307 – 1315.Gold nanoparticles in delivery applications / P. Ghosh [et al.] // Advanced Drug Delivery Reviews. – 2008. – V. 60. – P. 1307 – 1315.Нанотехнология на основе металлоуглеродных нанокомпозитов и углеродных нанокристаллических материалов – шаг в будущее электроники / Л. В. Кожитов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. – 2005. – № 3. – C. 64 – 67.Нанотехнология на основе металлоуглеродных нанокомпозитов и углеродных нанокристаллических материалов – шаг в будущее электроники / Л. В. Кожитов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. – 2005. – № 3. – C. 64 – 67.Глебова, Н. В. Композиты на основе углеродных нанотрубок для источников тока с прямым преобразованием энергии: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук / Н. В. Глебова. – СПб., 2012. – 23 с.Глебова, Н. В. Композиты на основе углеродных нанотрубок для источников тока с прямым преобразованием энергии: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук / Н. В. Глебова. – СПб., 2012. – 23 с.Нанокомпозиты на основе углеродных нановолокон, металлических наночастиц / Ю. В. Смирнов [и др.] // Тезисы докладов XIV Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». 26 – 30 апреля 2010 года. – М.; Клязьма, 2010. – С. 97.Нанокомпозиты на основе углеродных нановолокон, металлических наночастиц / Ю. В. Смирнов [и др.] // Тезисы докладов XIV Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности». 26 – 30 апреля 2010 года. – М.; Клязьма, 2010. – С. 97.Тринеева, В. В. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и возможности применения / В. В. Тринеева, М. А. Вахрушина, В. И. Кодолов // Вестник Удмуртского университета. – 2012. – Вып. 1. – С. 39 – 42.– (Серия: Физика. Химия).Тринеева, В. В. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и возможности применения / В. В. Тринеева, М. А. Вахрушина, В. И. Кодолов // Вестник Удмуртского университета. – 2012. – Вып. 1. – С. 39 – 42.– (Серия: Физика. Химия).Hybrid nanostructured materials for high-performance electrochemical capacitors,/ G. Yu [et al.] // Nano Energy. – 2013. – V. 2. – Is. 2. – P. 213 – 234.Hybrid nanostructured materials for high-performance electrochemical capacitors,/ G. Yu [et al.] // Nano Energy. – 2013. – V. 2. – Is. 2. – P. 213 – 234.Scott, C. L. Nanogold spacing of stacked graphene nanofibers for supercapacitors / C. L. Scott, M. Pumera // Electroanalysis. – 2011. – V. 23. – № 4. – P. 858 – 861.Scott, C. L. Nanogold spacing of stacked graphene nanofibers for supercapacitors / C. L. Scott, M. Pumera // Electroanalysis. – 2011. – V. 23. – № 4. – P. 858 – 861.Размерные эффекты в наноразмерных Pt3Co/C электрокатализаторах для низкотемпературных топливных элементов / И. Н. Леонтьев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2009. – Т. 4. – № 3 –4. – C. 76 – 81.Размерные эффекты в наноразмерных Pt3Co/C электрокатализаторах для низкотемпературных топливных элементов / И. Н. Леонтьев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2009. – Т. 4. – № 3 –4. – C. 76 – 81.Oxygen Reduction Reaction (ORR) on Huge Gold (Au) Particles Prepared by a Pyrolysis Process of AuCl3 Dissolved in Distilled Water in the Presence of MWCNTs / Y. Wang [et al.] // J. Chin. Chem. Soc. – 2013. – V. 60. – P. 73 – 80.Oxygen Reduction Reaction (ORR) on Huge Gold (Au) Particles Prepared by a Pyrolysis Process of AuCl3 Dissolved in Distilled Water in the Presence of MWCNTs / Y. Wang [et al.] // J. Chin. Chem. Soc. – 2013. – V. 60. – P. 73 – 80.Синтез электрокатализаторов для топливных элементов в среде сверхкритического диоксида углерода / Т. Е. Григорьев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2011. – Т. 6. – № 5 – 6. – C. 69 – 78.Синтез электрокатализаторов для топливных элементов в среде сверхкритического диоксида углерода / Т. Е. Григорьев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2011. – Т. 6. – № 5 – 6. – C. 69 – 78.Bron, M. Carbon black supported gold nanoparticles for oxygen electroreduction in acidic electrolyte solution / M. Bron // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2008. – V. 624. – P. 64 – 68.Bron, M. Carbon black supported gold nanoparticles for oxygen electroreduction in acidic electrolyte solution / M. Bron // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2008. – V. 624. – P. 64 – 68.Antolini, E. Carbon supports for low-temperature fuel cell catalysts / E. Antolini // Applied Catalysis B: Environmental. – 2009. – V. 88. – P. 1 – 24.Antolini, E. Carbon supports for low-temperature fuel cell catalysts / E. Antolini // Applied Catalysis B: Environmental. – 2009. – V. 88. – P. 1 – 24.Deposition of Pt nanoparticles on different carbonaceous materials by using different preparation methods for PEMFC electrocatalysts / N. Veizaga [et al.] // International journal of hydrogen energy. – 2012. – V. 37. – P. 17910 – 17920.Deposition of Pt nanoparticles on different carbonaceous materials by using different preparation methods for PEMFC electrocatalysts / N. Veizaga [et al.] // International journal of hydrogen energy. – 2012. – V. 37. – P. 17910 – 17920.Межкластерные взаимодействия в катализе наноразмерными частицами металлов / Т. Н. Ростовщиков [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2. – № 1 – 2. – С. 47 – 60.Межкластерные взаимодействия в катализе наноразмерными частицами металлов / Т. Н. Ростовщиков [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2. – № 1 – 2. – С. 47 – 60.Смирнова, Н. В. Дисперсные металлические и металлуглеродные композиционные системы для электрокатализа: синтез, морфология, синергетические эффекты: автореф. дис. … д-ра хим. наук / Н. В. Смирнова. – Новочеркасск, 2010. – 44 с.Смирнова, Н. В. Дисперсные металлические и металлуглеродные композиционные системы для электрокатализа: синтез, морфология, синергетические эффекты: автореф. дис. … д-ра хим. наук / Н. В. Смирнова. – Новочеркасск, 2010. – 44 с.Akolekar, D. B. Investigations on gold nanoparticles in mesoporous and microporous materials / D. B. Akolekar, S. K. Bhargava // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. – 2005. – V. 236. – P. 77 – 86.Akolekar, D. B. Investigations on gold nanoparticles in mesoporous and microporous materials / D. B. Akolekar, S. K. Bhargava // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. – 2005. – V. 236. – P. 77 – 86.Рентгеноэлектронная спектроскопия в исследовании металл/углеродных наносистем и наноструктурированных материалов / И. Н. Шабанова [и др.]. – Ижевск, 2012. – 280 c.Рентгеноэлектронная спектроскопия в исследовании металл/углеродных наносистем и наноструктурированных материалов / И. Н. Шабанова [и др.]. – Ижевск, 2012. – 280 c.Эффект воздействия СВЧ-излучения на формирование наноразмерных железоуглеродных катализаторов окисления H2S в S / М. В. Цодиков [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2008. – Т. 3.– № 1 – 2. – С. 68 – 75.Эффект воздействия СВЧ-излучения на формирование наноразмерных железоуглеродных катализаторов окисления H2S в S / М. В. Цодиков [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2008. – Т. 3.– № 1 – 2. – С. 68 – 75.Формирование наночастиц интерметаллидов в структуре металлоуглеродного нанокомпозита C-Cu-Zn / Э. Л. Дзидзигури [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2012. – Т. 7. – № 1 – 2. – С. 60 – 63.Формирование наночастиц интерметаллидов в структуре металлоуглеродного нанокомпозита C-Cu-Zn / Э. Л. Дзидзигури [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2012. – Т. 7. – № 1 – 2. – С. 60 – 63.Selvam, P. Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of nano-platinum-supported mesoporous carbon molecular sieves Pt/NCCR-41 / Р. Selvan, B. Kuppan // Catalysis Today. – 2012. – V. 198. – P. 85 – 91.Selvam, P. Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of nano-platinum-supported mesoporous carbon molecular sieves Pt/NCCR-41 / Р. Selvan, B. Kuppan // Catalysis Today. – 2012. – V. 198. – P. 85 – 91.Metal coated carbon material: Pat. 2000191386 Japan; 10-372144: заявл. 28.12.1998; опубл. 11.07.2000. – 10 с.Metal coated carbon material: Pat. 2000191386 Japan; 10-372144: заявл. 28.12.1998; опубл. 11.07.2000. – 10 с.Metal matrix composite, and preparation method thereof: Pat. 2012241670 USA; 13/513715: заявл. 22.10.2010; опубл. 27.09.2012. – 21 с.Metal matrix composite, and preparation method thereof: Pat. 2012241670 USA; 13/513715: заявл. 22.10.2010; опубл. 27.09.2012. – 21 с.Metal matrix composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof: Pat. 2012164429 USA; 12/953447: заявл. 23.11.2010; опубл. 28.06.2012. – 20 с.Metal matrix composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof: Pat. 2012164429 USA; 12/953447: заявл. 23.11.2010; опубл. 28.06.2012. – 20 с.Metal-carbon compositions: Pat. 2012009110 USA; 13/021271: заявл. 04.02.2011; опубл. 12.01.2012. – 7 с.Metal-carbon compositions: Pat. 2012009110 USA; 13/021271: заявл. 04.02.2011; опубл. 12.01.2012. – 7 с.Синтез металлических наночастиц на углеродной матрице / В. А. Мальцев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2. – № 5 – 6. – С. 85 – 89.Синтез металлических наночастиц на углеродной матрице / В. А. Мальцев [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2. – № 5 – 6. – С. 85 – 89.Controlled synthesis of highly dispersed platinum nanoparticles in ordered mesoporous carbons / S.-H. Kiu [et al.] // Chem. Commun. – 2006. – Is. 32. – P. 3435 – 3437.Controlled synthesis of highly dispersed platinum nanoparticles in ordered mesoporous carbons / S.-H. Kiu [et al.] // Chem. Commun. – 2006. – Is. 32. – P. 3435 – 3437.Nanoporous carbon supported metal particles: their synthesis and characterization / Y. Yang [et al.] // J. Nanopart. Res. – 2012. – Vol. 14. – P. 1028 – 1040.Nanoporous carbon supported metal particles: their synthesis and characterization / Y. Yang [et al.] // J. Nanopart. Res. – 2012. – Vol. 14. – P. 1028 – 1040.Наноразмерный катализатор Au/C, полученный с использованием комплекса тетрааминзолота (III): синтез, исследование, каталитическая активность в низкотемпературном окислении CO/ П. А. Пыряев [и др.] // Кинетика и катализ. – 2010. – Т. 51. – № 6. – С. 914 – 922.Наноразмерный катализатор Au/C, полученный с использованием комплекса тетрааминзолота (III): синтез, исследование, каталитическая активность в низкотемпературном окислении CO/ П. А. Пыряев [и др.] // Кинетика и катализ. – 2010. – Т. 51. – № 6. – С. 914 – 922.Salgado, J. R. C Pt-Co/C Electrocatalysts for oxygen reduction in H2/O2 PEMFCs synthesized by borohydride method / L. R. Salgado, E. Antolini, E. R. Gonzalez // J. Electrochem. Soc. – 2004. – V. 151. – P. A2143 – A2149.Salgado, J. R. C Pt-Co/C Electrocatalysts for oxygen reduction in H2/O2 PEMFCs synthesized by borohydride method / L. R. Salgado, E. Antolini, E. R. Gonzalez // J. Electrochem. Soc. – 2004. – V. 151. – P. A2143 – A2149.Controlling the density and site of attachment of gold nanoparticles onto the surface of carbon nanotubes / R. Kumar [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. – 2012. – V. 369. – P. 23 – 27.Controlling the density and site of attachment of gold nanoparticles onto the surface of carbon nanotubes / R. Kumar [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. – 2012. – V. 369. – P. 23 – 27.Coating multiwalled carbon nanotubes with gold nanoparticles derived from gold salt precursors / X. Hou [et al.] // Diamond & Related Materials. – 2011. – V. 20. – P. 1329 – 1332.Coating multiwalled carbon nanotubes with gold nanoparticles derived from gold salt precursors / X. Hou [et al.] // Diamond & Related Materials. – 2011. – V. 20. – P. 1329 – 1332.Preparation method of gold nano-particle/carbon nano tube composite material and application thereof: Pat. 102033088 China; CN 20091196359: заявл. 25. 09.2009; опубл. 27.04.11. – 12 с.Preparation method of gold nano-particle/carbon nano tube composite material and application thereof: Pat. 102033088 China; CN 20091196359: заявл. 25. 09.2009; опубл. 27.04.11. – 12 с.Переработка низкосортных окисленных углей с получением высокоэффективных углеродных сорбентов / Т. С. Манина [и др.] // Кокс и химия. – 2012. – № 3. – С. 43 – 46.Переработка низкосортных окисленных углей с получением высокоэффективных углеродных сорбентов / Т. С. Манина [и др.] // Кокс и химия. – 2012. – № 3. – С. 43 – 46.Dumur, F. Controlled spontaneous generation of gold nanoparticles assisted by dual reducing and capping agent / F. Dumur // Gold bulletin. – 2011. – V. 44. – P. 119 – 137.Dumur, F. Controlled spontaneous generation of gold nanoparticles assisted by dual reducing and capping agent / F. Dumur // Gold bulletin. – 2011. – V. 44. – P. 119 – 137.Бусев, А. И. Аналитическая химия золота / А. И. Бусев, В. М. Иванов. – М.: Наука, 1973. – 264 с.Бусев, А. И. Аналитическая химия золота / А. И. Бусев, В. М. Иванов. – М.: Наука, 1973. – 264 с.Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение / Л. А. Дыкман [и др.]; отв. ред. В. В. Игнатов. – М.: Наука, 2008. – 319 с.Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение / Л. А. Дыкман [и др.]; отв. ред. В. В. Игнатов. – М.: Наука, 2008. – 319 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.