RU2010153171A

RU2010153171A - Способ получения и расщепления полислойного графана

Info

Publication number: RU2010153171A
Application number: RU2010153171/05A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Нечаев (RU); Юрий Сергеевич Нечаев
Original assignee: Юрий Сергеевич Нечаев (RU); Юрий Сергеевич Нечаев
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-10
Also published as: RU2478571C2

Abstract

Способ получения и расщепления полислойного графана («полиграфана»), состоящего из слабо связанных между собой графановых слоев, включающий, как и большинство известных способов получения графана («монографана») из графена («монографена»), использование исходного углеродного материала из слабо связанных между собой графеновых слоев («полиграфена»), отличающийся от известных способов получения графана из графена, во-первых, отсутствием в новом способе стадии (операции) получения монослойного графена, во-вторых, получением графана в полислойном, а не в монослойном виде при помощи наводороживания не монослойного графена, а фрагментов исходного полислойного графена (полиграфена), содержащихся в углеродных структурах (в графитовых нановолокнах и др.), в третьих, расщеплением (разделением) фрагментов полиграфана «мегабарным» высококомпактным водородом (т.е. водородом, отвечающим давлению ~1 мегабар), образующимся в материале за счет энергии ассоциации атомарного водорода, что осуществляют посредством проведения комплекса следующих последовательных операций: ! используют в качестве исходного сырья наиболее экономичные из выпускаемых различными фирмами (с применением различных методов синтеза) аттестованных углеродных материалов, состоящих из полислойных фрагментов графена - фрагментированного полиграфена (графитовых нановолокон (nanofibers), углеродных нанотрубок (nanotubes), углеродных наноячеек (nanoshells), углеродных нитей (fibrils) и др.); ! проводят предварительную очистку материала, например посредством отжига материала в инертном газе, от вредных примесей и присоединенных функциональных групп оксидного и др. типа,

Claims

Способ получения и расщепления полислойного графана («полиграфана»), состоящего из слабо связанных между собой графановых слоев, включающий, как и большинство известных способов получения графана («монографана») из графена («монографена»), использование исходного углеродного материала из слабо связанных между собой графеновых слоев («полиграфена»), отличающийся от известных способов получения графана из графена, во-первых, отсутствием в новом способе стадии (операции) получения монослойного графена, во-вторых, получением графана в полислойном, а не в монослойном виде при помощи наводороживания не монослойного графена, а фрагментов исходного полислойного графена (полиграфена), содержащихся в углеродных структурах (в графитовых нановолокнах и др.), в третьих, расщеплением (разделением) фрагментов полиграфана «мегабарным» высококомпактным водородом (т.е. водородом, отвечающим давлению ~1 мегабар), образующимся в материале за счет энергии ассоциации атомарного водорода, что осуществляют посредством проведения комплекса следующих последовательных операций:

используют в качестве исходного сырья наиболее экономичные из выпускаемых различными фирмами (с применением различных методов синтеза) аттестованных углеродных материалов, состоящих из полислойных фрагментов графена - фрагментированного полиграфена (графитовых нановолокон (nanofibers), углеродных нанотрубок (nanotubes), углеродных наноячеек (nanoshells), углеродных нитей (fibrils) и др.);

проводят предварительную очистку материала, например посредством отжига материала в инертном газе, от вредных примесей и присоединенных функциональных групп оксидного и др. типа, затрудняющих или препятствующих сорбции водорода материалом;

обеспечивают любым достаточно технологичным и экономичным способом, например посредством наводороживания материала в газообразном молекулярном водороде при технологичных давлениях (Р_H2(газ)) температурах и временах наводороживания, не превышающих 300 бар (30 МПа), 1000 К и 300 ч, соответственно, образование в приграничных (приповерхностных) дефектных областях (слоях) полислойных графеновых фрагментов материала (фрагментированного полиграфена) карбогидридного слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ, а также образование на внутренних (графеновых) поверхностях в полислойных графеновых фрагментах материала (фрагментированного полиграфена) слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ, т.е. образование графаноподобных полислойных областей (фрагментированного полиграфана) в преобладающей части фрагментов материала; контролируют процесс наводороживания материала посредством периодического проведения температурно-программируемой десорбции (ТПД) водорода; при наводороживании материала обеспечивают любым технологичным и экономичным способом, например посредством каталитической атомизации молекулярного водорода, образование в межфрагментных областях и/или приповерхностных слоях фрагментов материала (фрагментированного полиграфена и/или полиграфана) атомарного водорода с локальным (парциальным) давлением Р_H(газ) порядка 10-100 Па, при котором происходит интеркаляция высококомпактного «мегабарного» водорода (в количестве порядка 10 или более мас.%) между графеновыми и/или графановыми слоями в фрагментах материала, обеспечивающая расщепление (разделение) полислойных графановых фрагментов материала; контролируют процесс интеркаляции высококомпактного «мегабарного» водорода между графеновыми (и/или графановыми) слоями в фрагментах материала и расщепления полислойных графановых фрагментов материала посредством проведения температурно-программируемой десорбции (ТПД) водорода, гравиметрических и электронно-микроскопических исследований материала; при использовании способа каталитической атомизации водорода в дефектные межфрагментные области материала (фрагментированного графена) предварительно вводят любым известным способом, например химическим или электрохимическим, определенное количество наночастиц металлического катализатора (по меньшей мере один из группы металлов, диссоциативно абсорбирующих водород, и включающей Pd, Pt, Ni, Ti, Fe, Co, Nb, Mo, Та, W, Rh, Ru, Os, Ir, La, Mg и/или их сплавы), необходимое и достаточное для осуществления локальной атомизации молекулярного водорода и обеспечения необходимого парциального давления атомарного водорода (Р_H(газ) порядка 10-100 Па в межфрагментных областях и/или приповерхностных слоях фрагментов материала;

удаляют из материала высококомпактный «мегабарный» водород, интеркалированный между графеновыми и/или графановыми слоями в фрагментах материала, посредством резкого уменьшения (на десятки процентов и более) давления водорода и последующего низкотемпературного отжига материала;

удаляют из материала хемосорбированный водород, отвечающий ТПД-пику с энергией активации ~1,2 эВ, посредством термодесорбционного отжига, при котором в материале остается только хемосорбированный водород, отвечающий ТПД-пику с энергией активации ~2,5 эВ, т.е. сохраняются только полислойные фрагменты графана, расщепленные щелевидными нанополостями на отдельные нанообласти; последняя операция может быть совмещена с предыдущей операцией.