RO137281A0 - Carbon nanofibers decorated with nickel particles produced by electrospinning - Google Patents
Carbon nanofibers decorated with nickel particles produced by electrospinning Download PDFInfo
- Publication number
- RO137281A0 RO137281A0 ROA202200695A RO202200695A RO137281A0 RO 137281 A0 RO137281 A0 RO 137281A0 RO A202200695 A ROA202200695 A RO A202200695A RO 202200695 A RO202200695 A RO 202200695A RO 137281 A0 RO137281 A0 RO 137281A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- nickel
- nanofibers
- solution
- electrospinning
- decorated
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 129
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 title abstract description 20
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 title description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 18
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 12
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims abstract 2
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000012704 polymeric precursor Substances 0.000 abstract 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 47
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 32
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 16
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N dimethylformamide Substances CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 7
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 7
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 7
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- -1 poly(vinyl pyrrolidone) Polymers 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 4
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 3
- BMGNSKKZFQMGDH-FDGPNNRMSA-L nickel(2+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Ni+2].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O BMGNSKKZFQMGDH-FDGPNNRMSA-L 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 3
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018590 Ni(NO3)2-6H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- JUPWRUDTZGBNEX-UHFFFAOYSA-N cobalt;pentane-2,4-dione Chemical compound [Co].CC(=O)CC(C)=O.CC(=O)CC(C)=O.CC(=O)CC(C)=O JUPWRUDTZGBNEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 229920000891 common polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XWFVFZQEDMDSET-UHFFFAOYSA-N gadolinium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Gd+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XWFVFZQEDMDSET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K iron(3+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe+3].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229940078487 nickel acetate tetrahydrate Drugs 0.000 description 1
- OINIXPNQKAZCRL-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);diacetate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Ni+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OINIXPNQKAZCRL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009656 pre-carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
RO 137281 AORO 137281 AO
Data depozitDeposit date
Documentație tehnicaTechnical documentation
Nanofibre de carbon decorate cu particule de nichel obținute prin electrofilareCarbon nanofibers decorated with nickel particles obtained by electrospinning
Descrierea invențieiDescription of the invention
Invenția se referă la materiale carbonice poroase decorate cu nanoparticule de nichel și la procedeul de obținere a acestora.The invention relates to porous carbonaceous materials decorated with nickel nanoparticles and to the method of obtaining them.
Pe de o parte, fibrele de carbon sunt materiale cu conținut foarte ridicat de carbon (peste 90%). La nivel atomic, o fibră este compusă din foi de carbon poliaromatic aranjate într-o structură care poate fi foarte apropiată de cea a grafitului, dar care este mai dezordonată decât grafitul (carbon turbostatic în care aranjamentul straturilor de carbon include defecte). Gradul de grafitizare a fibrelor depinde de materialul precursor utilizat, dar și de procedeul de preparat folosit.On the one hand, carbon fibers are materials with a very high carbon content (over 90%). At the atomic level, a fiber is composed of sheets of polyaromatic carbon arranged in a structure that can be very close to that of graphite, but which is more disordered than graphite (turbostatic carbon in which the arrangement of carbon layers includes defects). The degree of graphitization of the fibers depends on the precursor material used, but also on the preparation method used.
Se cunoaște faptul că, pentru producerea de straturi poroase pentru diverse procese fizice, cum ar fi difuzia gazelor sau filtrarea diferitelor tipuri de contaminanți, dar și pentru diverse procese electrochimice, care implică fabricarea de electrozi, se utilizează materiale carbonice sub diverse forme: macro/nanofibre, țesătură sau hârtie carbonică. Cu scopul de a produce aceste materiale carbonice au fost dezvoltate diferite procedee de obținere materiale poroase, în special pentru fabricarea de electrozi.It is known that, for the production of porous layers for various physical processes, such as the diffusion of gases or the filtration of various types of contaminants, but also for various electrochemical processes, which involve the manufacture of electrodes, carbonaceous materials are used in various forms: macro/ nanofibres, fabric or carbon paper. In order to produce these carbonaceous materials, different processes have been developed to obtain porous materials, especially for the manufacture of electrodes.
Aranjamentul straturilor de carbon dictează microstructura fibrelor de carbon, și depinde in mare măsură de precursorul carbonului, dar și de procesul de sinteză. Deoarece fibrele de carbon sunt compuse din domenii grafitice, ele beneficiază de proprietățile electrice ale grafitului. Grafitul este un material anizotrop, care are o conductivitate electrică foarte bună în direcția planurilor grafenice. Deoarece domeniile grafitice sunt orientate în direcția longitudinală în fibre, acestea din urmă prezintă, de asemenea, bune proprietăți termice și electrice de-a lungul direcției firului. Prin urmare, rezistivitatea electrică a unei fibre scade când caracterul său grafitic crește.The arrangement of the carbon layers dictates the microstructure of the carbon fibers, and depends to a large extent on the carbon precursor, but also on the synthesis process. Because carbon fibers are composed of graphitic domains, they benefit from the electrical properties of graphite. Graphite is an anisotropic material, which has a very good electrical conductivity in the direction of the graphene planes. Since the graphitic domains are oriented in the longitudinal direction in the fibers, the latter also exhibit good thermal and electrical properties along the direction of the yarn. Therefore, the electrical resistivity of a fiber decreases as its graphitic character increases.
Pe de altă parte, un procedeu recent pentru producere fibre este electrofilarea (electrospinning) cu ajutorul unui câmp de înaltă tensiune, care permite obținerea de fibre polimerice nețesute, iar ulterior, prin carbonizarea acestora se pot produceOn the other hand, a recent process for fiber production is electrospinning with the help of a high voltage field, which allows obtaining non-woven polymer fibers, and later, by carbonizing them, they can be produced
RO 137281 AO materiale carbonice. în ultimii ani, procesul a fost îmbunătățit, astfel încât, în prezent procesul este foarte simplu și constă în producerea de fibre polimerice din diverse soluții polimerice vâscoase. Pe scurt, soluția de polimer este introdusă în seringa atașată dispozitivului de filare și direcționată controlat, cu o viteză constantă, prin acul seringii aflat în câmp electric de înaltă tensiune către colector. Datorită câmpului electric intens dintre cei doi electrozi (vârful seringii și colector), precum și a geometriei specifice a picurilor vâscoase de polimer lichid, la o valoare specifică a câmpului electric se vor depune pe colector filamente subțiri de polimer. Depunerea fibrelor polimerice descrie o traiectorie nerectilinie, ceea ce conferă un aspect de material nețesut. Parametrii și condițiile de operare (tipul solventului, concentrația și vâscozitatea soluției de precursor, tipul și masa moleculară a polimerului, distanța între vârful acului seringii și colector, potențialul aplicat între cei doi electrozi, viteza cu care se mișcă tamburul, debitul soluției de polimer, care intră în câmpul electric) permit controlul proprietăților chimice, mecanice și morfologice. Acest procedeu permite producerea fibrelor cu diametre micro și nanometrice cu costuri reduse și în cantități importante ca să poată fi transpus la scară industrială.RO 137281 AO carbon materials. in recent years, the process has been improved so that today the process is very simple and consists of producing polymer fibers from various viscous polymer solutions. Briefly, the polymer solution is introduced into the syringe attached to the spinner and directed in a controlled manner at a constant rate through the needle of the syringe in the high voltage electric field to the collector. Due to the intense electric field between the two electrodes (syringe tip and collector), as well as the specific geometry of the viscous droplets of liquid polymer, at a specific value of the electric field thin polymer filaments will be deposited on the collector. The deposition of polymer fibers describes a non-rectilinear trajectory, which gives a non-woven appearance. Operating parameters and conditions (type of solvent, concentration and viscosity of the precursor solution, type and molecular weight of the polymer, distance between the tip of the syringe needle and the collector, the potential applied between the two electrodes, the speed at which the drum moves, the flow rate of the polymer solution, entering the electric field) allow the control of chemical, mechanical and morphological properties. This process allows the production of fibers with micro and nanometric diameters at low costs and in large quantities so that it can be transposed on an industrial scale.
Datorită faptului ca nanofibrele de carbon oferă o bună conductivitate electrică, termică, suprafață specifică și porozitate mare, stabilitate chimică și rezistentă mecanică, s-a investigat producerea de nanofibre de carbon cu diametre de micrometri/nanometri decorate cu metale, folosind aceasta tehnica descrisa mai sus, procedeul folosind o soluție de polimer pentru electrofilare.Due to the fact that carbon nanofibers offer good electrical and thermal conductivity, specific surface area and high porosity, chemical stability and mechanical resistance, the production of carbon nanofibers with diameters of micrometers/nanometers decorated with metals has been investigated, using this technique described above, process using a polymer solution for electrospinning.
Există un interes științific semnificativ pentru confecționarea de electrozi metalici utilizând materiale carbonice poroase produse prin electrofilare. Au fost dezvoltate metode de depunere a unui strat metalic prin procedee relativ simple, pe un strat de fibre carbonice produse prin electrofilare [1-4],There is significant scientific interest in the fabrication of metal electrodes using porous carbonaceous materials produced by electrospinning. Methods have been developed for depositing a metal layer through relatively simple processes, on a layer of carbon fibers produced by electrospinning [1-4],
H. Nakanishi, H. Arikawa,K. Uchisasai, Method for producing carbon nanofiber supporting metal fine partide, US8404174B2 descrie o metodă pentru producerea nanofibrei de carbon, pe care se suportă particule fine de diverse metale tranziționale distribuite uniform. Conform modului de lucru descris in acest brevet, s-a amestecatH. Nakanishi, H. Arikawa, K. Uchisasai, Method for producing carbon nanofiber supporting metal fine particles, US8404174B2 describes a method for producing carbon nanofiber, on which fine particles of various transition metals are supported uniformly distributed. According to the way of working described in this patent, it was mixed
RO 137281 AO timp de 48 de ore poliacrilonitril (PAN), acetilacetonat de fier (III), acetilacetonat de nichel (II), acetilacetonat de cobalt (III) și Ν,Ν-dimetilformamidă. Soluția obținută a fost filată printr-o duză cu diametrul interior de 50 pm; distanță între duză și colector a fost de 30 cm, puterea unui câmp electric a fost de 2 kV/cm, iar viteza de alimentare a fost de 0.1 ml/m. Ulterior, nanofibrele obținute au fost mai întâi uscate în aer la 60°C timp de 2 ore și încălzite sub atmosferă de azot in intervalul de temperatură 180°C până la 300°C timp, de 16 ore. Au fost astfel obținute nanofibre polimerice, care conțin particule fine de metale tranziționale, intre care si nichel.RO 137281 AO for 48 hours polyacrylonitrile (PAN), iron (III) acetylacetonate, nickel (II) acetylacetonate, cobalt (III) acetylacetonate and Ν,Ν-dimethylformamide. The obtained solution was spun through a nozzle with an inner diameter of 50 µm; the distance between the nozzle and the collector was 30 cm, the strength of an electric field was 2 kV/cm, and the feeding rate was 0.1 ml/m. Afterwards, the obtained nanofibers were first dried in air at 60°C for 2 hours and heated under a nitrogen atmosphere in the temperature range 180°C to 300°C for 16 hours. In this way, polymeric nanofibers were obtained, which contain fine particles of transition metals, including nickel.
Nanofibrele au fost calcinate in intervalul de temperatură de 1100°C până la 2000°C timp de 2 ore și s-au obținut o nanofibre de carbon decorate cu particule fine de metale. S-a confirmat faptul că nanofibrele de carbon conțin particule metalice și sunt lipsite de prezența elementului azot, deci polimerul inițial a fost complet carbonizat.The nanofibers were calcined in the temperature range of 1100°C to 2000°C for 2 hours and a carbon nanofiber decorated with fine metal particles was obtained. It was confirmed that the carbon nanofibers contain metal particles and are devoid of the presence of the nitrogen element, so the original polymer was completely carbonized.
Conform acestui brevet, studiul experimental descris nu prezintă concentrația de nichel obținută in urma aplicării metodei descrise in brevet; in plus, nu sunt precizate detalii ale proprietăților texturale pentru nanofibrele obținute (suprafață specifică, volumul porilor, raza porilor) ori ale compoziției elementare.According to this patent, the described experimental study does not present the nickel concentration obtained following the application of the method described in the patent; in addition, no details of the textural properties for the obtained nanofibers (specific surface area, pore volume, pore radius) or elemental composition are specified.
Y. Ji, X. Zhang, Y. Zhu, B. Li, Y. Wang, J. Zhang, Y. Feng, Nickel nanofibers synthesized by the electrospinning method, Materials Research Bulletin 48 (2013) descrie prepararea de nanofibre de nichel prin electrofilarea dintr-o soluție de alcool polivinilic (PVA) si azotat de nichel, ca soluție de precursor, urmată de calcinarea la temperaturi ridicate. Rezultatele indică faptul că: PVA și azotatul de nichel au fost aproape complet descompuse la 460 °C și produsele cu nanofibre de nichel pur au structură cubică centrată pe față (fcc). în plus, nanofibrele de nichel preparate posedă o structură continuă cu suprafață aspră și grad ridicat de cristalizare. Diametrul mediu al nanofibrelor de nichel a fost de aproximativ 135 nm. Conform modului de lucru descris in această lucrare, s-a realizat o soluție de alcool polivinilic (20 g PVA în 80 ml apă distilată, 1 oră, 80°C); după ce PVA a fost dizolvat complet, soluția a fost răcită la temperatura camerei și apoi s-a amestecat cu soluția saturată de azotat de nichel (cu un raport volumic de 3:7) prin agitare timp de 1 oră. Soluția obținută a fost încărcată într-oY. Ji, X. Zhang, Y. Zhu, B. Li, Y. Wang, J. Zhang, Y. Feng, Nickel nanofibers synthesized by the electrospinning method, Materials Research Bulletin 48 (2013) describes the preparation of nickel nanofibers by electrospinning from a solution of polyvinyl alcohol (PVA) and nickel nitrate, as a precursor solution, followed by calcination at high temperatures. The results indicate that: PVA and nickel nitrate were almost completely decomposed at 460 °C and the pure nickel nanofiber products have face-centered cubic (fcc) structure. In addition, the prepared nickel nanofibers possess a continuous structure with a rough surface and a high degree of crystallization. The average diameter of the nickel nanofibers was about 135 nm. According to the working method described in this work, a polyvinyl alcohol solution was made (20 g PVA in 80 ml distilled water, 1 hour, 80°C); after the PVA was completely dissolved, the solution was cooled to room temperature and then mixed with the saturated nickel nitrate solution (with a volume ratio of 3:7) by stirring for 1 hour. The obtained solution was loaded into a
RO 137281 AO seringă de plastic prevăzută cu un ac din oțel inoxidabil (diametrul interior de 0.42 mm), în acest experiment, s-a aplicat acului o tensiune de 15 kV, iar distanța dintre ac și colector a fost de aproximativ 15 cm. Nanofibrele compozite de PVA/Ni(NO3)2 6H2O obținute după electrofilare au fost calcinate în cuptor tubular în aer la 500 °C timp de 3 ore cu o viteză de creștere de l°C/min. Acest studiu a urmărit degradarea PVA și de a transforma azotatul de nichel în oxid de nichel. în cele din urmă, nanofibrele de NiO au fost reîncălzite la 300 °C într-o atmosferă de hidrogen (debitul de gaz este de 75 ml/min) pentru a reduce NiO la Ni. După răcire la temperatura camerei, s-au obținut nanofibre de nichel pur.RO 137281 AO plastic syringe equipped with a stainless steel needle (internal diameter of 0.42 mm), in this experiment, a voltage of 15 kV was applied to the needle, and the distance between the needle and the collector was approximately 15 cm. The PVA/Ni(NO 3 ) 2 6H 2 O composite nanofibers obtained after electrospinning were calcined in a tube furnace in air at 500 °C for 3 hours with a growth rate of l °C/min. This study looked at the degradation of PVA and the conversion of nickel nitrate into nickel oxide. finally, the NiO nanofibers were reheated at 300 °C in a hydrogen atmosphere (gas flow rate is 75 mL/min) to reduce NiO to Ni. After cooling to room temperature, pure nickel nanofibers were obtained.
D. Aussawasathien, E. Sancaktar, Nickel Nanofibers Manufactured via Sol-Gel and Electrospinning Processes for Electrically Conductive Adhesive Applications, ChemEngineering 2020, 4(2), 26 descrie fibre electrofilate obținute din poli(vinil pirolidonă) PVP si acetat de nichel Ni(CH3COO)2-4H2O utilizând tehnica de prelucrare sol-gel și electrofilare. Nanofibrele de oxid de nichel (NiO) au fost obținute ulterior prin calcinarea la temperatură înaltă a fibrelor precursoare, adică a nanofibrelor compozite de acetat de PVP/Ni(CH3COO)2-4H2O, la 700 °C timp de 10 ore. în urma reducerii nanofibrelor de NiO la 400 °C folosind hidrogen în atmosferă inertă, au fost produse ulterior nanofibrele metalice de nichel. în plus, nanofibrele Ni au fost acoperite chimic cu nanoparticule de argint (Ag) pentru a le îmbunătăți proprietățile electrice și pentru a preveni oxidarea suprafeței.D. Aussawasathien, E. Sancaktar, Nickel Nanofibers Manufactured via Sol-Gel and Electrospinning Processes for Electrically Conductive Adhesive Applications, ChemEngineering 2020, 4(2), 26 describes electrospun fibers obtained from poly(vinyl pyrrolidone) PVP and nickel acetate Ni( CH 3 COO) 2 -4H 2 O using the sol-gel processing technique and electrospinning. Nickel oxide (NiO) nanofibers were subsequently obtained by high-temperature calcination of the precursor fibers, i.e., PVP/Ni(CH 3 COO) 2 -4H 2 O acetate composite nanofibers, at 700 °C for 10 h . Following the reduction of NiO nanofibers at 400 °C using hydrogen in an inert atmosphere, metallic nickel nanofibers were subsequently produced. in addition, the Ni nanofibers were chemically coated with silver (Ag) nanoparticles to improve their electrical properties and prevent surface oxidation.
Conform acestui studiu, o soluție formata din PVP (2.2 g, M.W. = 120.000) întrun amestec de apă distilată și etanol (1:1) au fost picurate încet în soluția apoasă de acetat de Ni (1 g Ni(CH3COO)24H2O și 3 g H2O, M.W. = 176.80) la 60 °C sub agitare mecanică timp de 5 ore. S-a obținut o soluție de gel vâscos de culoare verde limpede de compozit PVP/ Ni(CH3COO)2-4H2O, care apoi a fost introdus în seringă. Soluția a fost menținută sub agitare și încălzită pentru a preveni precipitarea complexului metalic. O tensiune de 30 kV a fost aplicată soluției printr-un fir de cupru cu distanța dintre vârful seringii (cu diametrul de 1.25 mm), iar colectorul s-a ținut la aproximativ 30 cm. Fibrele au fost colectate pe folie de aluminiu, care servește drept contra electrod. FibreleAccording to this study, a solution of PVP (2.2 g, MW = 120,000) in a mixture of distilled water and ethanol (1:1) was slowly dropped into the aqueous solution of Ni acetate (1 g Ni(CH 3 COO) 2 4H 2 O and 3 g H 2 O, MW = 176.80) at 60 °C under mechanical stirring for 5 h. A clear green viscous gel solution of PVP/Ni(CH 3 COO) 2 -4H 2 O composite was obtained, which was then introduced into the syringe. The solution was kept under stirring and heated to prevent precipitation of the metal complex. A voltage of 30 kV was applied to the solution through a copper wire with the distance between the tip of the syringe (with a diameter of 1.25 mm), and the collector was kept at about 30 cm. The fibers were collected on aluminum foil, which serves as the counter electrode. FIBER
RO 137281 AO colectate au fost uscate peste noapte la 60 °C sub vid înainte de calcinare, apoi calcinate într-un cuptor de temperatură înaltă la 700 °C la o rată de 10 °C/min timp de 10 ore pentru a produce nanofibre de NiO. Reducerea nanofibrelor de NiO a fost efectuată întrun cuptor închis cu flux de gaz N2 și H2 la 400 °C timp de 1 oră. Metalul redus a fost răcit lent în cuptor în atmosferă de N2 gazos pentru a preveni reoxidarea până când cuptorul se răcește la temperatura camerei. Dezavantajul acestui studiu este tensiunea mare aplicată (30 kV), timpul îndelungat pentru a se obține nanofibrele de carbon, precum si necesitatea încălzirii si agitării soluției din seringă (încălzirea si agitarea fiind necesare datorită vascozității mari a soluției, preparată sub formă de gel).RO 137281 The collected AOs were dried overnight at 60 °C under vacuum before calcination, then calcined in a high-temperature furnace at 700 °C at a rate of 10 °C/min for 10 h to produce nanofibers of NiO. The reduction of NiO nanofibers was carried out in a closed furnace with N 2 and H 2 gas flow at 400 °C for 1 h. The reduced metal was cooled slowly in the furnace under N 2 gas to prevent reoxidation until the furnace cooled to room temperature. The disadvantage of this study is the high voltage applied (30 kV), the long time to obtain the carbon nanofibers, as well as the need to heat and stir the solution in the syringe (heating and stirring being necessary due to the high viscosity of the solution, prepared in the form of a gel).
H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan, Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembiy, and Magnetic Properties, Chem. Mater. 2007,19, 3506-3511 prezintă o metodă generală pentru fabricarea și asamblarea nanofibrelor de metale tranziționale feromagnetice. Utilizând tehnica de electrofilare, urmată de un tratament termic ulterior, au fost pregătite nanofibre uniforme de Fe, Co și Ni cu diametre de ~25 nm și lungimi mai mari de 100 pm. Folosind un colector de fibre special conceput, se asamblează în mod convenabil nanofibrele magnetice în rețele aliniate. Nanofibrele metalice magnetice electrofilate au proprietăți magnetice unice, cu mult îmbunătățite în raport cu materialele în vrac. Caracteristicile remarcabile ale acestei abordări pentru a obține nanostructură magnetică unidimensională sunt eficacitatea și ușurința de asamblare.H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan, Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembly, and Magnetic Properties, Chem. Mater. 2007,19, 3506-3511 presents a general method for the fabrication and assembly of ferromagnetic transition metal nanofibers. Using the electrospinning technique, followed by a subsequent heat treatment, uniform Fe, Co, and Ni nanofibers with diameters of ∼25 nm and lengths greater than 100 pm were prepared. Using a specially designed fiber collector, magnetic nanofibers are conveniently assembled into aligned arrays. Electrospun magnetic metallic nanofibers have unique magnetic properties that are greatly improved over bulk materials. The remarkable features of this approach to obtain one-dimensional magnetic nanostructure are its efficiency and ease of assembly.
Conform acestui studiu, din punct de vedere experimental, pentru a sintetiza nanofibrele de Fe, Co și Ni, s-au pregătit mai întâi nanofibre de Fe2O3, CoO și NiO prin combinația de electrofilare și procesul sol-gel. Pentru a electrofila fibrele precursoare, sa pregătit o soluție apoasă care conține poli(acetat de vinii) (PVAC) și azotatii metalelor menționate. într-o procedură tipică, 0.25 g de PVAC (M.W. = 8000) a fost amestecată cu 2.25 g de apă deionizată, apoi agitată magnetic timp de 1 oră pentru a asigura dizolvarea PVA. Peste această soluție au fost adăugate 0.25 g sare (sub formă de azotat) ale metalelor: Fe, Co și Ni și agitate timp de 10 ore. Soluția de precursor obținută fost introdusă intr-o seringă cu ac din oțel inoxidabil. Acul a fost conectat la o sursă deAccording to this study, experimentally, to synthesize Fe, Co, and Ni nanofibers, Fe 2 O 3 , CoO, and NiO nanofibers were first prepared by the combination of electrospinning and sol-gel process. To electrospin the precursor fibers, an aqueous solution was prepared containing poly(vinyl acetate) (PVAC) and nitrates of the mentioned metals. In a typical procedure, 0.25 g of PVAC (MW = 8000) was mixed with 2.25 g of deionized water, then magnetically stirred for 1 h to ensure the dissolution of PVA. Over this solution, 0.25 g of salt (as nitrate) of the metals: Fe, Co and Ni were added and stirred for 10 hours. The obtained precursor solution was introduced into a syringe with a stainless steel needle. The needle was connected to a source of
RO 137281 AORO 137281 AO
alimentare de înaltă tensiune și poziționat vertical pe o clemă, cu o folie de aluminiu plasată la 20 cm de vârful acului pentru a colecta nanofibrele. La aplicarea unei tensiuni înalte (20 kV), un jet de fluid (la un debit constant de 1.0 ml/oră) a fost evacuat de la vârful acului. Solventul s-a evaporat și pe colector s-au directionat fibre. Fibrele colectate au fost calcinate la 500 °C timp de 4 ore în aer, urmate de calcinare la 400 °C timp de 1 oră într-o atmosferă de hidrogen pentru a obține nanofibre de Fe, Co și Ni.high-voltage power supply and positioned vertically on a clamp, with an aluminum foil placed 20 cm from the tip of the needle to collect the nanofibers. Upon application of a high voltage (20 kV), a jet of fluid (at a constant flow rate of 1.0 ml/hour) was ejected from the tip of the needle. The solvent evaporated and fibers were directed onto the collector. The collected fibers were calcined at 500 °C for 4 h in air, followed by calcination at 400 °C for 1 h in a hydrogen atmosphere to obtain Fe, Co, and Ni nanofibers.
Aceasta constituie o nouă strategie pentru sinteza simplă a nanofibrelor de metale tranziționale feromagnetice. Nanofibrele uniforme de Fe, Co și Ni au fost preparate prin electrofilare și tratament termic ulterior (500°C pentru 4 ore in aer urmată de calcinare în atmosferă de hidrogen timp de 1 oră la 400 °C). Nanofibrele sintetizate au demonstrat proprietăți feromagnetice cu îmbunătățiri coercitive. Lucrarea de mai sus menționează că rețelele aliniate de nanofibre metalice, precum și nanofibre simple orientate, pot fi, de asemenea, preparate folosind un colector de fibre modificat. Prin ajustarea unui număr de parametrii de fabricație, diametrul nanofibrelor poate fi mai mult variat într-un mod controlabil, iar proprietățile nanofibrelor pot fi controlate magnetic în continuare și reglate cu ajutorul acestor mijloace. Aceste nanofibre magnetice pot fi utilizate la fabricarea materialelor magnetice de înaltă densitate, senzori magnetici, magneți flexibili. Dezavantajul principal al acestui studiu este faptul ca tratamentul termic aplicat (temperatura de carbonizare 500 C) nu asigura carbonizarea totala a amestecului PVAC-saruri metalice. Alte dezavantaje sunt timpul îndelungat pentru a se obține soluția de precursor (11 ore), precum si tensiunea mare (25 kV).This constitutes a new strategy for the facile synthesis of ferromagnetic transition metal nanofibers. Uniform nanofibers of Fe, Co, and Ni were prepared by electrospinning and subsequent heat treatment (500°C for 4 h in air followed by calcination in hydrogen atmosphere for 1 h at 400 °C). The synthesized nanofibers demonstrated ferromagnetic properties with coercive enhancements. The above work mentions that aligned arrays of metallic nanofibers, as well as single oriented nanofibers, can also be prepared using a modified fiber collector. By adjusting a number of fabrication parameters, the diameter of the nanofibers can be further varied in a controllable manner, and the properties of the nanofibers can be further magnetically controlled and tuned by these means. These magnetic nanofibers can be used in the manufacture of high-density magnetic materials, magnetic sensors, flexible magnets. The main disadvantage of this study is the fact that the thermal treatment applied (carbonization temperature 500 C) does not ensure the total carbonization of the PVAC-metal salts mixture. Other disadvantages are the long time to obtain the precursor solution (11 hours), as well as the high voltage (25 kV).
H. El-Maghrabi, A. Nada, M. Bekheet, S. Roualdes, W. Riedel, et al. Coaxial nanofibers of nickel/gadolinium oxide/nickel oxide as highly effective electrocatalysts for hydrogen evolution reaction, Journal of Colloid and Interface Science, Elsevier, 2021, 587, pp.457-466 descrie prepararea unor heterostructuri noi din nanofibre (NF) Ni/Gd2O3/NiO prin tehnica de electrofilare. Materialele preparate prezintă performanțe electrocatalitice ridicate pentru reacția de formare a hidrogenului (HER) cu activități cu potențial de debut la 89 mV, care este aproape apropiată de cea a platinei. ProprietățileH. El-Maghrabi, A. Nada, M. Bekheet, S. Roualdes, W. Riedel, et al. Coaxial nanofibers of nickel/gadolinium oxide/nickel oxide as highly effective electrocatalysts for hydrogen evolution reaction, Journal of Colloid and Interface Science, Elsevier, 2021, 587, pp.457-466 describes the preparation of new heterostructures from nanofibers (NF) Ni/Gd 2 O 3 /NiO through the electrospinning technique. The prepared materials show high electrocatalytic performances for the hydrogen formation reaction (HER) with activities with an onset potential at 89 mV, which is almost close to that of platinum. property
RO 137281 AO chimice și electronice ale materialelor sintetizate au fost optimizate sub forma de heterostructuri coaxiale Ni/Gd2O3/NiO; NiO NF cu Gd3+ și s-a indicat ca s-au îmbunătățit substanțial conductivitatea electrică, dar și cinetica reacției HER.RO 137281 Chemical and electronic AO of the synthesized materials were optimized in the form of coaxial Ni/Gd 2 O 3 /NiO heterostructures; NiO NF with Gd3 + and it was indicated that the electrical conductivity and also the kinetics of the HER reaction were substantially improved.
Conform acestui studiu, din punct de vedere experimental, 0.5 g de acetat de nichel tetrahidrat și 0.0477 g de azotat de gadoliniu hexahidrat au fost dizolvate într-un amestec de solvenți de 2 mL DMF și 2 mL etanol cu agitare peste noapte (soluție precursor) pentru a obține raportul Ni:Gd = 2.009:0.106 moli. 0.5 g de polivinil pirolidona (PVP) dispersata în 4 mL etanol prin agitare peste noapte au fost apoi adăugate la soluția de precursor. Nanofibrele au fost obținute la un potențial de 25 kV cu o viteză polimer de 2 ml/h din soluția preparată. Nanofibrele au fost depuse pe o bobină rotativă acoperită cu o folie de aluminiu cu o viteză de rotație de 400 rpm distanța de 15 cm de la vârful seringii. Nanofibrele compozite au fost calcinate într-un cuptor la 600 °C, cu o viteză de încălzire de 1 °C/min, timp de 3 ore sub aer sau atmosferă de Ar. Totuși, tratamentul termic aplicat (temperatura de carbonizare 600 C) nu poate asigura carbonizarea totala a PVP. Dezavantajul acestui studiu este tensiunea mare aplicată (25 kV).According to this study, experimentally, 0.5 g of nickel acetate tetrahydrate and 0.0477 g of gadolinium nitrate hexahydrate were dissolved in a solvent mixture of 2 mL DMF and 2 mL ethanol with overnight stirring (precursor solution) to obtain the ratio Ni:Gd = 2.009:0.106 moles. 0.5 g of polyvinyl pyrrolidone (PVP) dispersed in 4 mL of ethanol with overnight stirring was then added to the precursor solution. The nanofibers were obtained at a potential of 25 kV with a polymer rate of 2 ml/h from the prepared solution. The nanofibers were deposited on a rotating coil covered with an aluminum foil with a rotation speed of 400 rpm at a distance of 15 cm from the tip of the syringe. The composite nanofibers were calcined in an oven at 600 °C with a heating rate of 1 °C/min for 3 h under air or Ar atmosphere. However, the thermal treatment applied (carbonization temperature 600 C) cannot ensure the total carbonization of PVP. The disadvantage of this study is the high applied voltage (25 kV).
Se cunoaște faptul că, fibrele obținute din poliacrilonitril (PAN) reprezintă cea mai mare parte a armăturilor utilizate în compozite. Acest lucru se datorează faptului că pot avea proprietăți mecanice bune, în timp ce au un cost de fabricație moderat. PAN este un polimer având formula [-CH 2 - CH (CN) -] n. Etapele de formare poliacrilonitril sunt următoarele (i) obținerea monofilamentelor prin rotirea și întinderea polimerului, etapa care face posibilă deja obținerea unei orientări preferențiale a lanțurilor polimerice; (ii) tratament termic 300-700 °C, când are loc dehidrogenarea polimerului, ceea ce duce la o primă fază de ciclizare. (iii) carbonizarea în atmosferă inertă între 1000 ° Cși 1500 ° Care ca rezultat eliminarea celei mai mari părți a elementelor Η, N și O. Ciclizarea polimerului continuă și se obține o fibră cu structură dezordonată.It is known that the fibers obtained from polyacrylonitrile (PAN) represent the largest part of the reinforcements used in composites. This is because they can have good mechanical properties while having a moderate manufacturing cost. PAN is a polymer with the formula [-CH 2 - CH (CN) -] n . The steps of polyacrylonitrile formation are the following (i) obtaining monofilaments by spinning and stretching the polymer, the step which already makes it possible to obtain a preferential orientation of the polymer chains; (ii) heat treatment 300-700 °C, when dehydrogenation of the polymer takes place, leading to a first cyclization phase. (iii) carbonization in an inert atmosphere between 1000 ° C and 1500 ° Which results in the elimination of most of the elements Η, N and O. The cyclization of the polymer continues and a fiber with a disordered structure is obtained.
Problema tehnică pe care urmărește să o rezolve invenția constă în obținerea de materiale carbonice decorate cu nichel, cu rezistență mecanică, cu structură poroasăThe technical problem that the invention seeks to solve consists in obtaining carbonaceous materials decorated with nickel, with mechanical resistance, with a porous structure
RO 137281 AO rigidă și permeabilă, fiind destinate în special confecționării de electrozi pentru diverse dispozitive electrochimice, dar și proceselor catalitice specifice.RO 137281 AO rigid and permeable, being intended especially for the manufacture of electrodes for various electrochemical devices, but also for specific catalytic processes.
Materialele carbonice decorate cu Ni, conform invenției, elimină dezavantajele de mai sus prin aceea că sunt alcătuite dintr-un amestec de fibre de carbon obținute prin procesul de electrofilare a unui polimer uzual -poliacrilonitril și a unui precursor de tip sare de nichel. S-au folosit pentru exemplificare azotat de Ni, acetat de Ni, acetilacetonat de Ni, iar produsele finale au fost analizate pentru aceleași condiții de operare (variația de potențial, viteza de rotație a tamburului, debitul de soluție, distanța vârfului de ac față de tamburul rotativ).Carbon materials decorated with Ni, according to the invention, eliminate the above disadvantages in that they are made up of a mixture of carbon fibers obtained by the electrospinning process of a common polymer - polyacrylonitrile and a nickel salt precursor. Ni nitrate, Ni acetate, Ni acetylacetonate were used for exemplification, and the final products were analyzed for the same operating conditions (potential variation, drum rotation speed, solution flow rate, needle tip distance from the rotating drum).
în procedeul de obținere a materialelor carbonice poroase decorate cu nanoparticule de nichel, conform acestei invenții, se utilizează ca materii prime un polimer accesibil - poliacrilonitril (PAN), un solvent ieftin - dimetilformamida (DMF) amestecate în baie de ultrasunete timp de 30 min, peste care se adaugă sarea de nichel (azotat de Ni, acetat de Ni, acetilacetonat de Ni) continuând agitarea ultrasonică încă 4 h și 30 min. Soluția obținută este transferată într-o seringă atașată dispozitivului de ultrafilare.in the process of obtaining porous carbonaceous materials decorated with nickel nanoparticles, according to this invention, an accessible polymer - polyacrylonitrile (PAN), an inexpensive solvent - dimethylformamide (DMF) mixed in an ultrasound bath for 30 min, are used as raw materials, over which the nickel salt (Ni nitrate, Ni acetate, Ni acetylacetonate) is added, continuing the ultrasonic agitation for another 4 h and 30 min. The obtained solution is transferred to a syringe attached to the ultraspinning device.
Prepararea acestei soluții de polimer amestecat cu o sare de nichel prezintă avantajul realizării in-situ a reacției ulterioare de reducere a sării de Ni în timpul precarbonizării, cu efect asupra stabilității fibrelor carbonice decorate precum și asupra proprietăților morfologice.The preparation of this polymer solution mixed with a nickel salt has the advantage of performing in-situ the subsequent reduction reaction of the Ni salt during precarbonization, with an effect on the stability of the decorated carbon fibers as well as on the morphological properties.
Conform acestei invenții, folosind tehnica de electrofilare, urmată de un tratament termic ulterior, au fost preparate nanofibre de carbon decorate cu Ni. S-a pregătit mai întâi o soluție care conține 2 gr de poliacrilonitril (PAN) și 26 ml de N, Ndimetilformamidă (DMF) ultrasonată la o temperatură de 70 °C timp de 2 ore. Se adaugă diferite cantități de azotat de nichel, acetat de nichel, acetilacetonat de nichel, cuprinse între 0.05 - 0.15 gr. Se continuă agitarea în baie ultrasonică timp de 2 h și 30 minute la 70 °C. Soluția obținută a fost încărcată într-o seringă de plastic de 30 ml, prevăzută cu ac din oțel inoxidabil. Nanofibrele au fost obținute la un potențial de 18 kV cu o viteză a polimerului de 0.13 ml/min din soluția preparată. Nanofibrele au fostAccording to this invention, using electrospinning technique followed by subsequent heat treatment, Ni decorated carbon nanofibers were prepared. A solution containing 2 g of polyacrylonitrile (PAN) and 26 ml of N, Ndimethylformamide (DMF) was first prepared and ultrasonicated at a temperature of 70 °C for 2 h. Add different amounts of nickel nitrate, nickel acetate, nickel acetylacetonate, between 0.05 - 0.15 gr. Continue stirring in the ultrasonic bath for 2 h and 30 min at 70 °C. The obtained solution was loaded into a 30 ml plastic syringe fitted with a stainless steel needle. The nanofibers were obtained at a potential of 18 kV with a polymer velocity of 0.13 ml/min from the prepared solution. Nanofibers were
RO 137281 AORO 137281 AO
depuse pe un tambur acoperit cu folie de aluminiu, distanța de la vârful seringii este de 10 cm. Nanofibrele au fost calcinate într-un cuptor tubular în atmosferă de azot la 1200 1400 °C, cu o viteză de încălzire de 5 °C /min, timp de 4 ore.deposited on a drum covered with aluminum foil, the distance from the tip of the syringe is 10 cm. The nanofibers were calcined in a tube furnace in a nitrogen atmosphere at 1200 1400 °C, with a heating rate of 5 °C/min, for 4 hours.
Invenția prezintă avantajul că materialele carbonice decorate cu Ni au o structură poroasă rigidă și permeabilă, ce poate fi folosită cu ușurință și utilizată ulterior ca materiale de difuzie, materiale filtrante, ori materiale catalitice pentru diverse tipuri de aplicații.The invention presents the advantage that Ni-decorated carbonaceous materials have a rigid and permeable porous structure, which can be easily used and subsequently used as diffusion materials, filter materials, or catalytic materials for various types of applications.
Procedeul de obținere a materialelor carbonice decorate cu nanoparticule de Ni presupune următoarele etape: (i) prepararea unei soluții polimer in solvent (PAN in DMF); (ii) adăugarea de precursor de nichel: azotat de nichel; acetat de nichel; acetilacetonat de nichel, cantitățile de precursor sunt precizate in Tabelul 1; (iii) electrofilarea soluției finale; (iv) carbonizarea fibrelor polimerice filate la 1200-1400 °C cu o viteză de încălzire de 5 C min1 în atmosferă inertă de azot, cu menținerea unui regim termic constant timp de 2 h.The procedure for obtaining carbon materials decorated with Ni nanoparticles involves the following steps: (i) preparation of a polymer solution in solvent (PAN in DMF); (ii) addition of nickel precursor: nickel nitrate; nickel acetate; nickel acetylacetonate, precursor amounts are specified in Table 1; (iii) electrospinning the final solution; (iv) carbonization of polymer fibers spun at 1200-1400 °C with a heating rate of 5 C min 1 in an inert nitrogen atmosphere, maintaining a constant thermal regime for 2 h.
Se prezintă în continuare exemple de realizare a procedeului de obținere de materiale carbonice decorate cu Ni, conform invenției:Examples of the process for obtaining carbonaceous materials decorated with Ni, according to the invention, are presented below:
- Tabel 1 prezintă analiza compozițională pentru probelor de Ni/C preparate -Tabelul 2 prezintă proprietățile texturale pentru probelor de Ni/C preparate- Table 1 presents the compositional analysis for the prepared Ni/C samples - Table 2 presents the textural properties for the prepared Ni/C samples
-Figura 1 prezintă imaginile TEM pentru materiale carbonice poroase decorate cu Ni, cu referire la un material carbonic poros decorat cu 3.1 % Ni si la un material decorat cu 0.7 % Ni-Figure 1 shows the TEM images for porous carbonaceous materials decorated with Ni, with reference to a porous carbonaceous material decorated with 3.1% Ni and to a material decorated with 0.7% Ni
-Figura 2 prezintă izotermele de adsorbție-desorbție a azotului obținute prin metoda BET, referire la un material carbonic poros decorat cu 3.1 % Ni si la un material decorat cu 0.7 % Ni-Figure 2 shows the nitrogen adsorption-desorption isotherms obtained by the BET method, reference to a porous carbonaceous material decorated with 3.1% Ni and to a material decorated with 0.7% Ni
-Figura 3 prezintă distribuția mărimii porilor prin metoda BJH, referire la un material carbonic poros decorat cu 3.1 % Ni si la un material decorat cu 0.7 % Ni-Figure 3 shows the pore size distribution by the BJH method, referring to a porous carbonaceous material decorated with 3.1% Ni and to a material decorated with 0.7% Ni
-Figura 4 prezintă analiza TGA, cu referire la un material carbonic poros decorat cu 3.1% Ni si la un material decorat cu 0.7 % Ni-Figure 4 shows the TGA analysis, with reference to a porous carbonaceous material decorated with 3.1% Ni and to a material decorated with 0.7% Ni
RO 137281 AO //RO 137281 AO //
Metoda prin care s-a determinat conținutul de nichel din materialele preparate a fost supunerea probelor la o mineralizare/extracție cu un amestec de acid sulfuric, percloric și fluorhidric, urmată de o extracție cu apă regală. Digestorul cu microunde folosit a fost un sistem Milestone, MEGA 1200. Metoda de mineralizare/extracție a fost: 2ml H2SO4+2ml HCIO4+2ml HF - program de putere (5 minute la 250 W, 5 minute la 400 W, 5 minute la 650 W, 5 minute la 250 W). Fiolele au fost răcite, depresurizate și s-au adăugat 3 ml de apă regală. Determinarea de Ni a fost efectuată prin spectrometrie de absorbție atomică, folosind flacăra ca sistem de atomizare. Echipamentul folosit a fost Varian 240FS DUO. Rezultatele privind conținutul de Ni pentru fiecare proba sunt prezentate in Tabelul 1. S-a obținut un conținut de Ni cuprins între 0.7 și 3.5 % (masic).The method by which the nickel content of the prepared materials was determined was to subject the samples to a mineralization/extraction with a mixture of sulfuric, perchloric and hydrofluoric acid, followed by an extraction with aqua regia. The microwave digester used was a Milestone, MEGA 1200 system. The mineralization/extraction method was: 2ml H2SO 4 +2ml HCIO 4 +2ml HF - power program (5 minutes at 250 W, 5 minutes at 400 W, 5 minutes at 650 W, 5 minutes at 250 W). The vials were cooled, depressurized, and 3 mL of aqua regia was added. The determination of Ni was performed by atomic absorption spectrometry, using the flame as the atomization system. The equipment used was the Varian 240FS DUO. The results regarding the Ni content for each sample are presented in Table 1. A Ni content between 0.7 and 3.5 % (mass) was obtained.
Măsurătorile texturale privind suprafața specifică, volumul de pori și raza porilor s-au efectuat utilizând echipamentul Autosorb IQ (Quantachrome) prin metoda Brunauer-Emmett-Teller (BET). înainte de măsurătorile de adsorbție propriu-zise, probele a fost degazate la 395 K, timp de minim 2 ore. Izotermele de adsorbție și desorbție de azot au fost măsurate la 77 K, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 2. Analizele de porozitate, respectiv volumul porilor și raza porilor au fost estimate prin metoda Barret-Joyner-Halenda (BJH) și sunt prezentate în Figura 3, iar datele numerice sunt incluseîn Tabelul 2.Textural measurements of specific surface area, pore volume and pore radius were performed using Autosorb IQ equipment (Quantachrome) by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. before the actual adsorption measurements, the samples were degassed at 395 K for a minimum of 2 hours. Nitrogen adsorption and desorption isotherms were measured at 77 K and the results are shown in Figure 2. Porosity analyses, respectively pore volume and pore radius were estimated by the Barret-Joyner-Halenda (BJH) method and are shown in Figure 3, and the numerical data are included in Table 2.
Pentru analiza TGA a fost utilizat un analizor termogravimetric (NETZSCH, STA 449 F3 Jupiter) pentru a determina temperatura de degradare și cantitatea de probe de reziduuri, care s-a bazat pe pierderea de masă. După cântărirea probelor, s-au efectuat scanările TGA, înregistrate la o viteză de 10 °C/min în atmosfera de argon de la temperatura camerei până la 1000 °C.A thermogravimetric analyzer (NETZSCH, STA 449 F3 Jupiter) was used for TGA analysis to determine the degradation temperature and amount of residue samples, which was based on mass loss. After weighing the samples, TGA scans were performed, recorded at a rate of 10 °C/min under argon atmosphere from room temperature to 1000 °C.
S-au obținut materiale carbonice poroase decorate cu Ni, cu un conținutul de Ni cuprins între 0.7 și 3.5 % (masic). Valorile obținute pentru proprietățile texturale indică o suprafață specifică cuprinsă între 3 și 46 m2 g1, un volum total de pori cuprins între 0.005 și 0.080 cm3 g1. Izotermele din Figura 3 corespund tipului IV conform clasificării IUPAC, cu comportament tipic pentru structura mezoporoasă cu distribuție uniformă a porilor. Datele de distribuție a mărimii porilor au fost obținute din metoda BarrettRO 137281 AO (ONi-decorated porous carbonaceous materials were obtained, with a Ni content between 0.7 and 3.5 % (mass). The values obtained for the textural properties indicate a specific surface between 3 and 46 m 2 g 1 , a total pore volume between 0.005 and 0.080 cm 3 g 1 . The isotherms in Figure 3 correspond to type IV according to the IUPAC classification, with typical behavior for the mesoporous structure with uniform pore distribution. Pore size distribution data were obtained from the BarrettRO 137281 AO method (O
Joyner-Halenda (BJH). Raza medie a porilor corespunzătoare pentru GO indică un vârf unimodal (intre 1.965 si 1.969 nm). Diametrele porilor sugerează o structură poroasă în toate cazurile. Diferența intre volumul porilor probelor este legată de concentrația diferită de Ni, funcție de condițiile de reacție.Joyner-Halenda (BJH). The average pore radius corresponding to GO indicates a unimodal peak (between 1,965 and 1,969 nm). The pore diameters suggest a porous structure in all cases. The difference between the pore volume of the samples is related to the different concentration of Ni, depending on the reaction conditions.
RO 137281 AORO 137281 AO
Tabel 1. Analiză compozițională pentru probele de Ni/C preparate conform prezentei invențiiTable 1. Compositional analysis for Ni/C samples prepared according to the present invention
RO 137281 AORO 137281 AO
Tabel 2. Proprietățile texturale pentru probele de Ni/C preparate conform prezentei invențiiTable 2. Textural properties for Ni/C samples prepared according to the present invention
RO 137281 AORO 137281 AO
BIBLIOGRAFIEBIBLIOGRAPHY
[1] Darrell H. Reneker, Haoqing Hou, US20090068461A1; Carbon nanotubes on carbon nanofiber substrate; 12.03.2009[1] Darrell H. Reneker, Haoqing Hou, US20090068461A1; Carbon nanotubes on carbon nanofiber substrate; 12.03.2009
[2] loannis Chasiotis, Mohammad , Naraghi, Salman N. Arshad US 8,608,992 B2; Carbon nanofibers derived from polymer nanofibers and method of producing the nanofibres 17.12.2013[2] loannis Chasiotis, Mohammad , Naraghi, Salman N. Arshad US 8,608,992 B2; Carbon nanofibers derived from polymer nanofibers and method of producing the nanofibers 17.12.2013
[3] Upma Sharma, Quynh Pham, John Marini, Xuri Yan, Lee Core, US9194058B2; Electrospinning process for manufacture of multi-layered structures ; 24.11.2015[3] Upma Sharma, Quynh Pham, John Marini, Xuri Yan, Lee Core, US9194058B2; Electrospinning process for the manufacture of multi-layered structures; 24.11.2015
[4] H. Nakanishi,H. Arikawa,K. Uchisasai;US8404174B2; Method for producing carbon nanofiber supporting metal fine partide ,Mar.26,2013[4] H. Nakanishi, H. Arikawa, K. Uchisasai; US8404174B2; Method for producing carbon nanofiber supporting metal fine parts, Mar. 26, 2013
[5] Y. Ji, X. Zhang;Y. Zhu; B. Li; Y. Wang; J. Zhang; Y. Feng; Nickel nanofibers synthesized by the electrospinning method; Materials Research Bulletin 48 (2013) 2426-2429.[5] Y. Ji, X. Zhang; Y. Zhu; B. Li; Y. Wang; J. Zhang; Y. Feng; Nickel nanofibers synthesized by the electrospinning method; Materials Research Bulletin 48 (2013) 2426-2429.
[6] D. Aussawasathien, E. Sancaktar; Nickel Nanofibers Manufactured via Sol-Gel and Electrospinning Processes for Electrically Conductive Adhesive App//cat/ons;ChemEngineering 2020, 4(2), 26.[6] D. Aussawasathien, E. Sancaktar; Nickel Nanofibers Manufactured via Sol-Gel and Electrospinning Processes for Electrically Conductive Adhesive App//cat/ons; ChemEngineering 2020, 4(2), 26.
[7] H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan; Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembly, and Magnetic Properties, Chem. Mater. 2007,19,3506-3511[7] H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan; Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembly, and Magnetic Properties, Chem. Mater. 2007,19,3506-3511
[8] H. El-Maghrabi, A. Nada, M. Bekheet, S. Roualdes, W. Riedel, et al. Coaxial nanofibers of nickel/gadolinium oxide/nickel oxide as highly effective electrocatalysts for hydrogen evolution reaction; ournal of Colloid and Interface Science, Elsevier, 2021, 587, pp.457466[8] H. El-Maghrabi, A. Nada, M. Bekheet, S. Roualdes, W. Riedel, et al. Coaxial nanofibers of nickel/gadolinium oxide/nickel oxide as highly effective electrocatalysts for hydrogen evolution reaction; ournal of Colloid and Interface Science, Elsevier, 2021, 587, pp.457466
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202200695A RO137281A0 (en) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | Carbon nanofibers decorated with nickel particles produced by electrospinning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202200695A RO137281A0 (en) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | Carbon nanofibers decorated with nickel particles produced by electrospinning |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO137281A0 true RO137281A0 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=85283451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA202200695A RO137281A0 (en) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | Carbon nanofibers decorated with nickel particles produced by electrospinning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO137281A0 (en) |
-
2022
- 2022-10-31 RO ROA202200695A patent/RO137281A0/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cheng et al. | Nickel-doped tin oxide hollow nanofibers prepared by electrospinning for acetone sensing | |
| Mahapatra et al. | Synthesis of ultra-fine α-Al2O3 fibers via electrospinning method | |
| Cao et al. | Enhanced ethanol sensing of SnO 2 hollow micro/nanofibers fabricated by coaxial electrospinning | |
| US11352717B2 (en) | Charged nanofibers | |
| Xiang et al. | A novel and facile method to prepare porous hollow CuO and Cu nanofibers based on electrospinning | |
| Ge et al. | Elastic and hierarchical porous carbon nanofibrous membranes incorporated with NiFe 2 O 4 nanocrystals for highly efficient capacitive energy storage | |
| Hosseini et al. | Preparation of electro-spun CuO nanoparticle and its application for hydrazine hydrate electro-oxidation | |
| Wang et al. | Enhanced triethylamine sensing performance of metal–organic framework derived nest-type Fe-doped NiO nanostructure | |
| JP2014531519A (en) | Metal and ceramic nanofibers | |
| Alali et al. | Preparation and characterization of ZnO/CoNiO2 hollow nanofibers by electrospinning method with enhanced gas sensing properties | |
| JP2004353040A (en) | Metallic nanoparticles with support, continuum of metallic nanoparticles, and method for manufacturing them | |
| Li et al. | Novel cage-like α-Fe 2 O 3/SnO 2 composite nanofibers by electrospinning for rapid gas sensing properties | |
| CN109097978B (en) | Conductive nanofiber porous membrane material with surface loaded with nano metal particles and preparation method thereof | |
| Jia et al. | Synthesis and characterization of Ag/α-Fe2O3 microspheres and their application to highly sensitive and selective detection of ethanol | |
| Zhong et al. | SO2 sensing properties of SnO2 nanowires grown on a novel diatomite-based porous substrate | |
| WO2014199880A1 (en) | Porous carbon catalyst, method for producing same, electrode and battery | |
| García-Márquez et al. | Chromium nitride and carbide nanofibers: from composites to mesostructures | |
| Chang et al. | Facile preparation of novel Fe2O3/BiOI hybrid nanostructures for efficient visible light photocatalysis | |
| JP5247073B2 (en) | INORGANIC POROUS FINE FIBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
| Stanishevsky et al. | Ribbon-like and spontaneously folded structures of tungsten oxide nanofibers fabricated via electrospinning | |
| CN102605468A (en) | Method for preparing nickel sulfide nano-fibers | |
| Bai et al. | Preparation and characterization of electrospun Ag/polyacrylonitrile composite nanofibers | |
| Yan et al. | An ultrahigh-sensitivity and selective sensing material for ethanol: α-/γ-Fe 2 O 3 mixed-phase mesoporous nanofibers | |
| Chen et al. | Catalyst-free large-scale synthesis of composite SiC@ SiO 2/carbon nanofiber mats by blow-spinning | |
| Feng et al. | Preparation, ferromagnetic and photocatalytic performance of NiO and hollow Co3O4 fibers through centrifugal-spinning technique |