RU2478571C2 - Method of producing and splitting multilayer graphane - Google Patents

Method of producing and splitting multilayer graphane Download PDF

Info

Publication number
RU2478571C2
RU2478571C2 RU2010153171/05A RU2010153171A RU2478571C2 RU 2478571 C2 RU2478571 C2 RU 2478571C2 RU 2010153171/05 A RU2010153171/05 A RU 2010153171/05A RU 2010153171 A RU2010153171 A RU 2010153171A RU 2478571 C2 RU2478571 C2 RU 2478571C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
graphane
fragments
activation energy
graphene
Prior art date
Application number
RU2010153171/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010153171A (en
Inventor
Юрий Сергеевич Нечаев
Original Assignee
Юрий Сергеевич Нечаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Сергеевич Нечаев filed Critical Юрий Сергеевич Нечаев
Priority to RU2010153171/05A priority Critical patent/RU2478571C2/en
Publication of RU2010153171A publication Critical patent/RU2010153171A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478571C2 publication Critical patent/RU2478571C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in motorcar, chemical, electronic and electrochemical industry. Graphite nanofibres with diameter of up to 50 nm, length of about 5 mcm and specific surface area of about 200 m2/g, which contain about 1 wt % catalyst nanoparticles with size of 10-30 nm are put into a container and held in a helium current at 773 K for pre-treatment. The catalyst used is one of the metals which dissociatively adsorb hydrogen - Pd, Pt, Ni, Ti, Fe, Co, Nb, Mo, Ta, W, Rh, Ru, Os, Ir, La, Mg and/or alloys thereof. The fibres are then hydrotreated at hydrogen pressure of 11 MPa and temperature of 298 K for 24 hours. A layer of chemisorbed hydrogen with thermal desorption activation energy of about 1.2 eV is formed in the surface regions of the nanofibres and a layer of chemisorbed hydrogen with thermal desorption activation energy of about 2.5 eV is formed on the inner surfaces of the nanofibres. Highly compact molecular hydrogen with density of up to 0.7 g/cm3 is intercalated in slit-like nanocavities in amount of about 10 wt %. Hydrogen is removed from the slit-like nanocavities by sharply reducing pressure and then annealing the sample at 295 K for 10 minutes. Chemisorbed hydrogen with thermal desorption activation energy of about 1.2 eV is removed by annealing at 800 K for 3 hours. The obtained nanofibres consist of multilayer fragments of graphane - polygraphane, in form of dark strips which are separated into separate nano-regions by slit-like nanocavities in form of light strips.
EFFECT: invention simplifies the process by excluding steps which are complex and not practically feasible.
2 cl, 7 dwg, 1 ex

Description

1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к определенным актуальным областям нанотехнологий (В82В 3/00 - изготовление или обработка наноструктур), технической физики и водородной энергетики. Оно может быть использовано в автомобильной, химической, электронной, электротехнической и ряде других областей техники.The invention relates to certain relevant areas of nanotechnology (B82B 3/00 - manufacturing or processing of nanostructures), technical physics and hydrogen energy. It can be used in the automotive, chemical, electronic, electrical and several other areas of technology.

2. Уровень науки и техники2. The level of science and technology

Недавно группе ученых из Англии, Голландии и России ([1] D.C.Elias, R.R.Nair, T.M.G.Mohiuddin, S.V.Morozov, P.Blake, M.P.Halsall, A.C.Ferrari, D.W.Boukhvalov, M.I.Katsnelson, A.K.Geim, K.S.Novoselov, "Control of graphene's properties by reversible hydrogenation: Evidence for graphane", // Science, 2009, v. 323, no.5914, p.p.610-613) удалось добиться химической реакции единичного атомного слоя графита - графена [2-5] (Рис.1 (вверху), Рис.2А) - с водородом ([2] A.K.Geim, "Graphene: Status and prospects", // Science, 2009, v. 324, no. 5934, p.p.1530-1534; [3] M. Попов (главный эксперт «Роснано»). Интервью в 2009 г.для Forbes у К. Новоселова (Нобелевского лауреата по физике за 2010 год) «Как создавалась самая тонкая материя во Вселенной» (по материалам [2]). // www.forbes.ru/tehno/tehnologii/5798…; [4] С.Soldano, A.Mahmood, E.Dujardin, "Production, properties and potential of graphene" // Carbon, 2010, v. 48, iss. 8, p.p.2127-2150; [5] А.Самаров, «Графен: новые методы получения и последние достижения» // Элементы - новости науки (http://elementy.ru/news/430857)).Recently, a group of scientists from England, Holland and Russia ([1] DCElias, RRNair, TMGMohiuddin, SVMorozov, P. Blake, MPHalsall, ACFerrari, DWBoukhvalov, MIKatsnelson, AKGeim, KSNovoselov, "Control of graphene's properties by reversible hydrogenation: Evidence for graphane ", // Science, 2009, v. 323, no.5914, pp610-613) it was possible to achieve a chemical reaction of a single atomic layer of graphite - graphene [2-5] (Fig. 1 ( above), Fig. 2A) - with hydrogen ([2] AKGeim, "Graphene: Status and prospects", // Science, 2009, v. 324, no. 5934, pp1530-1534; [3] M. Popov (Rusnano chief expert). Interview in 2009 for Forbes with K. Novoselov (Nobel Prize in Physics for 2010) “How the thinnest matter in the Universe was created Noah ”(based on materials [2]). // www.forbes.ru/tehno/tehnologii/5798…; [4] C. Soldano, A. Mahmood, E. Dujardin," Production, properties and potential of graphene "/ / Carbon, 2010, v. 48, iss. 8, pp2127-2150; [5] A. Samarov, “Graphene: new production methods and recent advances” // Elements - science news (http://elementy.ru/ news / 430857)).

В результате образуется новое двумерное вещество с химической формулой СН - графан [1, 6, 7] (Рис.2В, Рис.3), которое при очень низких температурах ведет себя как изолятор ([6] J.O.Sofo, A.S.Chaudhari, G.D.Barber, "Graphane: A two-dimensional hydrocarbon" // Physical Review B, 2007, v.75, p.p.153401-1 - 153401-4; [7] Ю.Ерин. «При взаимодействии с водородом графен превращается в графан» (по материалам [1]) // Элементы - новости науки (http://elementv.ru/news/431012)).As a result, a new two-dimensional substance with the chemical formula CH is formed - graphane [1, 6, 7] (Fig. 2B, Fig. 3), which at very low temperatures behaves like an insulator ([6] JOSofo, ASChaudhari, GDBarber , "Graphane: A two-dimensional hydrocarbon" // Physical Review B, 2007, v.75, pp153401-1 - 153401-4; [7] Y. Erin. "When interacting with hydrogen, graphene turns into graphane" (according to materials [1]) // Elements - science news (http://elementv.ru/news/431012)).

Графан обладает двумерной гексагональной кристаллической структурой (Рис.2В, Рис.3), но с несколько более коротким периодом (постоянной) решетки, чем у графена.Grafan has a two-dimensional hexagonal crystalline structure (Fig. 2B, Fig. 3), but with a slightly shorter (constant) lattice period than graphene.

{На Рис.1, взятом из статьи [7], показан (вверху) графен (graphene), состоящий из монослоя атомов углерода, расположенных в виде гексагональной сетки, который лежит в основе структур графита (graphite, нижний левый рисунок), графитовых нановолокон (graphite nanofibers), углеродных нанотрубок (carbon nanotubes, внизу в центре рисунка) и фуллеренов (buckyballs, or fullerenes, внизу справа). Структуры графита и графитовых нановолокон состоят из фрагментов из слабо связанных ван-дер-ваальсовым взаимодействием монослоев графена, т.е. из фрагментов полислойного графена, или «полиграфена»}. {На Рис.2, взятом из статьи [1], показана кристаллическая структура графена (А), отвечающего Рис.1 (вверху), и графана (В), отвечающего Рис.3. Шарами большего размера показаны атомы углерода, шарами меньшего размера- атомы водорода; а - длина связи между атомами углерода, d - постоянная кристаллической решетки; для графана а=1,42 Å, d≈2,42 Å; для графена а=1,42 Å, d≈2,46 Å)}.{Figure 1, taken from [7], shows (above) graphene (graphene), consisting of a monolayer of carbon atoms arranged in the form of a hexagonal network, which underlies the structures of graphite (graphite, lower left figure), graphite nanofibers (graphite nanofibers), carbon nanotubes (carbon nanotubes, bottom in the center of the picture) and fullerenes (buckyballs, or fullerenes, bottom right). The structures of graphite and graphite nanofibers consist of fragments of weakly bonded van der Waals interactions of graphene monolayers, i.e. from fragments of multilayer graphene, or "polygraphen"}. {Fig. 2, taken from article [1], shows the crystal structure of graphene (A), corresponding to Fig. 1 (above), and graphene (B), corresponding to Fig. 3. The larger balls show carbon atoms, the smaller balls show hydrogen atoms; a is the bond length between carbon atoms, d is the lattice constant; for graphan a = 1.42 Å, d≈2.42 Å; for graphene, a = 1.42 Å, d≈2.46 Å)}.

{На Рис.3, взятом из статьи [6], показана структура графана, отвечающего Рис.2В, в т.н. креслоподобной модификации (the chair conformation). Углеродные атомы показаны темными шарами, а водородные атомы - светлыми шарами}.{Figure 3, taken from article [6], shows the structure of the graphane corresponding to Figure 2B, so-called chair-like modification (the chair conformation). Carbon atoms are shown by dark balls, and hydrogen atoms by light balls}.

Следует отметить, что в число авторов работы [1] входят А.К.Гейм и К.С.Новоселов - ученые, первыми получившие графен, самый тонкий и самый прочный из всех известных материалов [2-5], и удостоившиеся за это Нобелевской премии по физике за 2010 год.It should be noted that the authors of [1] include A.K. Geim and K.S. Novoselov - scientists who were the first to receive graphene, the thinnest and most durable of all known materials [2-5], and who were awarded the Nobel Prizes in Physics for 2010.

Впервые термин «графан» появился в 2006 году - в статье [6] американских физиков-теоретиков. В этой работе теоретически показано, что в результате взаимодействия графена с атомарным водородом может образоваться новое вещество с химической формулой СН - это вещество и было названо графаном. В работе [6] показано, что кристаллическая структура графана, так же как и графена, - двумерная гексагональная. При этом атомы водорода присоединяются по обе стороны от плоскости (монослоя) атомов углерода (Рис.2В, Рис.3).The term “grafan” first appeared in 2006, in an article [6] by American theoretical physicists. In this work, it was theoretically shown that as a result of the interaction of graphene with atomic hydrogen, a new substance with the chemical formula CH can be formed - this substance was called graphane. It was shown in [6] that the crystalline structure of graphan, like graphene, is two-dimensional hexagonal. In this case, hydrogen atoms are attached on both sides of the plane (monolayer) of carbon atoms (Fig. 2B, Fig. 3).

В работе [1] исходный материал - кристаллы графена - был приготовлен микромеханическим отшелушиванием (при помощи скотча) слабо связанных друг с другом графеновых слоев графита (Рис.1), находящегося на подложке из оксида кремния. В том, что получен именно единичный слой атомов углерода (графен), исследователи убеждались оптическими методами и с помощью рамановской спектроскопии. Далее полученный графен отжигали при температуре 573 К в атмосфере аргона в течение 4 ч (для избавления кристаллов исходного материала от возможных примесей и загрязнений). Затем образцы графена подвергали воздействию (2 ч) так называемой «direct-current» плазмы - смеси аргона и водорода (доля водорода составляла 10%), находящейся при давлении около 100 Па, и в результате получали графан.In [1], the initial material — graphene crystals — was prepared by micromechanical exfoliation (using adhesive tape) of loosely bonded graphene layers of graphite (Fig. 1) located on a silicon oxide substrate. The fact that just a single layer of carbon atoms (graphene) was obtained, the researchers were convinced by optical methods and using Raman spectroscopy. Then, the obtained graphene was annealed at a temperature of 573 K in an argon atmosphere for 4 h (to rid the crystals of the starting material of possible impurities and impurities). Then, the graphene samples were exposed (2 h) to the so-called “direct-current” plasma — a mixture of argon and hydrogen (the proportion of hydrogen was 10%), which was at a pressure of about 100 Pa, and as a result, graphene was obtained.

Было также показано [1], что реакция наводороживания графена является «обратимой», и графан можно снова превратить в графен с помощью термодесорбционного отжига при температуре 723 K в течение 24 ч.It was also shown [1] that the graphene hydrogenation reaction is “reversible,” and graphane can again be converted to graphene by thermal desorption annealing at a temperature of 723 K for 24 h.

Способ [1, 2] механического отслоения (с помощью скотча) позволяет получить графеновые монослои (листы с площадью до 1 мм2) высокого качества, очевидно, предназначенные только для функциональных исследований. В основе эпитаксиального способа выращивания графена [2-5] лежит осаждение испаренного в молекулярном источнике вещества на кристаллическую подложку. Однако реализация данной технологии требует чрезвычайно сложных технических решений. При получении графена химическими методами [2-5] также имеются значительные трудности: во-первых, необходимо достигнуть полного расслоения графита, помещенного в раствор; во-вторых, сделать так, чтобы отслоенный графен в растворе сохранял форму листа, а не сворачивался и не слипался.The method [1, 2] of mechanical peeling (using adhesive tape) makes it possible to obtain graphene monolayers (sheets with an area of up to 1 mm 2 ) of high quality, obviously intended only for functional studies. The epitaxial method for growing graphene [2-5] is based on the deposition of a substance evaporated in a molecular source on a crystalline substrate. However, the implementation of this technology requires extremely complex technical solutions. There are also significant difficulties in obtaining graphene by chemical methods [2-5]: first, it is necessary to achieve complete separation of graphite placed in a solution; secondly, to ensure that the peeled graphene in the solution retains the shape of the sheet, and does not curl and does not stick together.

Следует отметить, что в настоящее время еще нет серийных устройств, работающих на основе использования графена (и/или графана), хотя список перспективных технологий довольно обширный [2-5].It should be noted that there are currently no serial devices based on the use of graphene (and / or graphene), although the list of promising technologies is quite extensive [2-5].

Отметим, что технические трудности и сравнительно низкая технологическая и экономическая эффективность способов [1, 7] получения графана обусловлены, главным образом, техническими (технологическими) трудностями и определенными ограничениями получения исходного материала - листов (атомной толщины) бездефектного графена [2-5].Note that the technical difficulties and the relatively low technological and economic efficiency of the methods [1, 7] for producing graphane are mainly due to technical (technological) difficulties and certain restrictions on the preparation of the starting material — sheets (atomic thickness) of defect-free graphene [2-5].

Для дальнейшего продвижения в области изучения и практического применения графана, очевидно, требуется разработка более эффективного нового способа получения графаноподобного углеродного материала - полислойного графана, или «полиграфана», состоящего из полислойных фрагментов из слабо связанных ван-дер-ваальсовым взаимодействием слоев графана. Новый метод свободен от ряда технологических трудностей и ограничений (недостатков), присущих известным способам [1, 7] получения графана из графена [2-5], поскольку основан на получении полислойного графана («полиграфана») из исходного полислойного графена («полиграфена»), содержащегося в углеродных структурах (в графитовых нановолокнах и др.), а также на последующем расщеплении полиграфана «мегабарным» водородом. Этому новому способу и посвящено настоящее изобретение, в котором используется работа [1] в качестве прототипа, а также результаты работы [6] (для термодинамических оценок).Further advancement in the study and practical application of graphane obviously requires the development of a more efficient new method for producing a graphane-like carbon material — multilayer graphane, or “polygraph”, consisting of multilayer fragments of weakly bonded van der Waals interaction layers of graphane. The new method is free from a number of technological difficulties and limitations (drawbacks) inherent in the known methods [1, 7] for producing graphane from graphene [2-5], since it is based on the production of multilayer graphane (“polygraph”) from the original multilayer graphene (“polygraph” ) contained in carbon structures (in graphite nanofibres, etc.), as well as in the subsequent splitting of polygraph with "megabar" hydrogen. This new method is devoted to the present invention, which uses the work [1] as a prototype, as well as the results of [6] (for thermodynamic estimates).

3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention

Предлагается принципиально новый способ получения графана в полислойном, а не в монослойном виде при помощи наводороживания фрагментов исходного полислойного графена, содержащегося в углеродных структурах (в графитовых нановолокнах и др.), и последующего расщепления фрагментов полиграфана «мегабарным» водородом.A fundamentally new method is proposed for producing graphane in a multilayer rather than a monolayer form by means of hydrogenation of fragments of the initial multilayer graphene contained in carbon structures (in graphite nanofibers, etc.), and subsequent splitting of the fragments of polygraph with "megabar" hydrogen.

Предлагаемый способ является технологически и экономически более эффективным, чем применяемые в настоящее время способы получения графана [1, 6, 7] посредством наводороживания графена, способы получения которого характеризуются известными технологическими трудностями и определенными ограничениями [2-5]. Поэтому предлагаемый способ отличается от прототипа [1] более высокой технической, технологической и экономической эффективностью, в том числе в отношении реальных возможностей дальнейшего детального (стационарного) изучения графана (в полислойном виде) и его практического использования.The proposed method is technologically and economically more efficient than the currently used methods for producing graphene [1, 6, 7] by hydrogenation of graphene, the production methods of which are characterized by known technological difficulties and certain limitations [2-5]. Therefore, the proposed method differs from the prototype [1] in higher technical, technological and economic efficiency, including with respect to the real possibilities of further detailed (stationary) study of graphane (in multilayer form) and its practical use.

В связи с вышеизложенным необходимо прежде всего расширить и детализировать определение графана, а также определение полислойного графана (полиграфана), состоящего из фрагментов из слабо связанных (ван-дер-ваальсово взаимодействие) слоев графана, в термодинамическом и кристаллохимическом плане, используя результаты [1, 2, 6], в частности, для идентификации материала по данным (спектрам) температурно-программируемой десорбции (ТПД-спектроскопия) водорода.In connection with the foregoing, it is necessary first of all to expand and detail the definition of graphane, as well as the definition of multilayer graphane (polygraph), consisting of fragments of loosely coupled (van der Waals interaction) layers of graphane, in the thermodynamic and crystal chemical plan, using the results of [1, 2, 6], in particular, to identify the material according to data (spectra) of temperature-programmed desorption (TPD spectroscopy) of hydrogen.

Согласно теоретическим результатам [6], представленным на Рис.4, стандартная энергия (энтальпия ΔH1) образования графана (химического соединения СН(графан)) из графита (С(графит)) и газообразного молекулярного водорода (Н2(газ)) при давлении водорода 0.1 МПа и температуре 298 К составляет ΔH1(кр.)=-0.15 эВ/атом (для «креслоподобного» графана) и ΔH1(лод.)=-0.09 эВ/атом (для «лодкоподобного» графана).According to the theoretical results [6] presented in Fig. 4, the standard energy (enthalpy ΔH 1 ) of the formation of graphane (chemical compound СН (graphane) ) from graphite (С (graphite) ) and gaseous molecular hydrogen (Н 2 (gas) ) at the hydrogen pressure of 0.1 MPa and a temperature of 298 K is ΔH 1 (cr.) = -0.15 eV / atom (for the "arm-like" graphene) and ΔH 1 (lod.) = -0.09 eV / atom (for the "boat-like" graphene).

{На Рис.4 (из статьи [6]) представлена энергия образования (formation energy, в эВ/атом) некоторых соединений водорода с углеродом как функция содержания водорода в соединении (в атомных %). Видно, что графан, т.е. монослойное соединение СН, в обоих модификациях (Рис.2В, Рис.3) является более стабильным, чем соединения С5Н, С4Н, С3Н и С2Н}.{Figure 4 (from article [6]) shows the formation energy (in eV / atom) of some hydrogen compounds with carbon as a function of the hydrogen content in the compound (in atomic%). It can be seen that graphane, i.e. the monolayer compound CH, in both versions (Fig. 2B, Fig. 3), is more stable than the compounds C 5 H, C 4 H, C 3 H and C 2 H}.

Используя величину ΔH1 (из [6]) и известные (из Справочников термодинамических величин) значения энтальпии диссоциации молекулярного водорода (~2.3 эВ/атом) и энтальпии ван-дер-ваальсово взаимодействия графеновых слоев в графите (-0.1 эВ/атом), можно определить стандартную энергию (энтальпию) ΔH2 образования графана (С(графан)) из графена (С(графен)) и атомарного водорода (Н(газ)), т.е. энергию (энтальпию) связи атома водорода с графаном ΔH2≈-2.5 эВ/атом(водорода)≈-240 кДж/ моль(Н) (как для «креслоподобного», так и для «лодкоподобного» графана).Using the ΔH 1 value (from [6]) and the known (from the Handbooks of thermodynamic quantities) values of the enthalpy of molecular hydrogen dissociation (~ 2.3 eV / atom) and the enthalpy of the van der Waals interaction of graphene layers in graphite (-0.1 eV / atom), it is possible to determine the standard energy (enthalpy) ΔH 2 of the formation of graphane (C ( graphene ) ) from graphene (C (graphene) ) and atomic hydrogen (H (gas) ), i.e. binding energy (enthalpy) of a hydrogen atom with graphan ΔH 2 ≈-2.5 eV / atom (hydrogen) ≈-240 kJ / mol (N) (both for "arm-like" and for "boat-like" graphene).

Отметим, что величину ΔН2≈-240 кДж/моль(Н) можно также определить из экспериментальных данных (в описании ссылка [1] D.C.Elias et al. "Control of graphene's properties by reversible hydrogenation: Evidence for graphane" // Science, 2009, v.323, p.611) о температурно-временных условиях (Т=773 K, τ=24 ч (с.3 описания)) обратного превращения экспериментального графана в графен, используя кинетическое уравнение Поляни-Вигнера (1/τ=ν ехр[ΔH2 / RT]) и данные [1] (Fig.3) о рамановском спектре графана (ν≈1013 с-1).Note that ΔН 2 ≈-240 kJ / mol (N) can also be determined from experimental data (in the description link [1] DC Elias et al. "Control of graphene's properties by reversible hydrogenation: Evidence for graphane" // Science, 2009 , v.323, p.611) on the temperature-time conditions (Т = 773 K, τ = 24 h (p. 3 of the description)) of the reverse conversion of experimental graphane to graphene using the Polyany-Wigner kinetic equation (1 / τ = ν exp [ΔH 2 / RT]) and data [1] (Fig.3) on the Raman spectrum of graphane (ν≈10 13 s -1 ).

В этой же связи следует особо подчеркнуть, что величина ΔH2 характеризует хемосорбцию атомарного водорода графеном, отвечающую теоретической модели «F*» для хемосорбции атомов водорода на графите (в графеновой плоскости материала), схематически показанной на Рис.5. При этом графан можно рассматривать как двумерный карбогидрид, который может образовываться и в полислойных углеродных структурах (т.е. в полиграфене). {На Рис.5 представлены теоретические модели хемосорбции атомов водорода на графите (в графеновой плоскости материала). В модели «F*» энергия активации термодесорбции атомов водорода составляет ~2,5 эВ (ТПД-пик γ (Рис.6)); в модели «Н» - ~1,2 эВ (ТПД-пик β (Рис.6)); в моделях «С» и «D» -~3,6 эВ; в моделях «G» и «F» - ~0,2 эВ. Комплекс (С-Н*) в модели «F*» отвечает критическому одномерному зародышу графана в полислойных углеродных структурах (т.е. в полиграфене)}.In this connection, it should be emphasized that the value of ΔH 2 characterizes the chemisorption of atomic hydrogen by graphene, corresponding to the theoretical model “F *” for the chemisorption of hydrogen atoms on graphite (in the graphene plane of the material), schematically shown in Fig. 5. In this case, graphane can be considered as a two-dimensional carbohydride, which can also be formed in multilayer carbon structures (i.e., in polygraph). {Fig. 5 presents theoretical models of chemisorption of hydrogen atoms on graphite (in the graphene plane of the material). In the “F *” model, the activation energy of thermal desorption of hydrogen atoms is ~ 2.5 eV (TPD peak γ (Fig. 6)); in the N model, ~ 1.2 eV (TPD peak β (Fig. 6)); in models “C” and “D” - ~ 3.6 eV; in models “G” and “F” - ~ 0.2 eV. The complex (С-Н *) in the “F *” model corresponds to the critical one-dimensional graphane nucleus in multilayer carbon structures (ie, in polygraph)}.

Величину (характеристику) ΔH2 можно использовать для идентификации хемосорбции и диффузии водорода в фрагментах (областях) исходного полиграфена в углеродных наноматериалах и графите, поскольку (как почеркивается в [6]) в приемлемом приближении можно пренебречь Ван-дер-Ваальсовым взаимодействием (~ -0.1 эВ/атом) между графеновыми (или графановыми) монослоями в полислойном материале. При этом величина -ΔH2 может отвечать энергии активации термодесорбции водорода из графановых, или графаноподобных, полислойных областей (фрагментов) материала, определяемой из данных по температурно-программируемой десорбции (ТПД-пик γ на Рис.6), что может указывать на наличие полиграфана в материале.The value (characteristic) ΔH 2 can be used to identify the chemisorption and diffusion of hydrogen in fragments (regions) of the initial polygraph in carbon nanomaterials and graphite, since (as was emphasized in [6]), the van der Waals interaction can be neglected in an acceptable approximation (~ - 0.1 eV / atom) between graphene (or graphane) monolayers in a multilayer material. Moreover, the value of -ΔH 2 can correspond to the activation energy of thermal desorption of hydrogen from graphane, or graphane-like, multilayer regions (fragments) of the material, determined from the data on temperature-programmed desorption (TPD peak γ in Fig. 6), which may indicate the presence of polygraph in the material.

{На Рис.6 (из «Примера осуществления») представлены кривые температурно-программируемой десорбции - ТПД-пики β (~1,2 эВ) и γ (~2,5 эВ) хемосорбированного водорода из образцов исходных графитовых нановолокон (ГНВ), наводороженных при 298 K в течении 24 ч при давлении газообразного водорода РH2≈11 МПа (кривая 1) и при РH2≈0,1 МПа (кривая 2). ТПД-пик γ с энергией активации ~2,5 эВ отвечает десорбции водорода из графаноподобных полислойных областей (фрагментов), или областей (фрагментов) полислойного графана, в образцах}.{Fig. 6 (from the “Implementation Example”) shows the temperature-programmed desorption curves — TPD peaks β (~ 1.2 eV) and γ (~ 2.5 eV) of chemisorbed hydrogen from samples of the initial graphite nanofibers (GNF), hydrogenated at 298 K for 24 hours at a hydrogen gas pressure of P H2 ≈11 MPa (curve 1) and at P H2 ≈0.1 MPa (curve 2). The TPD peak γ with an activation energy of ~ 2.5 eV corresponds to hydrogen desorption from graphane-like multilayer regions (fragments), or regions (fragments) of multilayer graphane, in samples}.

{На Рис.7 (из «Примера осуществления») представлены микрофотографии нановолокон, состящих из чередующихся нанообластей (нанофрагментов) полислойного графана (темные полосы на снимках) и разделяющих их щелевидных нанополостей (светлые полосы, отмеченные стрелками на снимках). Такая наноструктура образуется при определенных режимах наводороживания исходных графитовых нановолокон (ГНВ) и характеризуется ТПД-пиком γ с энергией активации ~2,5 эВ (Рис.6). Расщепление графановых областей на нанообласти, разделенные щелевидными нанополостями, происходит под действием интеркалированного в материал высокоплотного («мегабарного», т.е. отвечающего мегабарному сжатию) молекулярного водорода, локализованного (в виде нанопластов) в щелевидных нанополостях, образующихся в материале за счет энергии ассоциации атомарного водорода, и покидающего материал при определенных условиях обезводороживания}.{Fig. 7 (from the “Implementation Example”) shows microphotographs of nanofibers composed of alternating nano-regions (nanofragments) of multilayer graphane (dark bands in the photographs) and slit-like nanocavities separating them (light bands marked by arrows in the photographs). Such a nanostructure is formed under certain hydrogenation conditions of the initial graphite nanofibers (GNF) and is characterized by the TPD peak γ with an activation energy of ~ 2.5 eV (Fig. 6). The splitting of graphan regions into nanoscopes separated by slit-like nanocavities occurs under the influence of high-density (“megabar”, i.e., corresponding to megabar compression) molecular hydrogen intercalated into the material and localized (in the form of nanoplasts) in slot-like nanocavities formed in the material due to the association energy atomic hydrogen, and leaving the material under certain dehydration conditions}.

Процесс диссоциативной хемосорбции водорода углеродным полислойным сорбентом (фрагментированным полиграфеном), отвечающий ТПД-пику γ с энергией активации ~2,5 эВ (Рис.6), характеризуется величиной стандартной энтальпии объемного растворения, или диссоциативной хемоабсорбции, моля атомов водорода (из исходного состояния Н2(газ)) в фрагментах полиграфена ΔH(γ)=-19±1 кДж/моль(Н), а также величиной эффективной энергии (энтальпии) активации объемной диффузии атомов водорода в фрагментах полиграфена Q(γ)=250±3 кДж/моль(Н)≈ΔH2.The process of dissociative chemisorption of hydrogen by a carbon multilayer sorbent (fragmented polygraph), corresponding to the TPD peak γ with an activation energy of ~ 2.5 eV (Fig. 6), is characterized by the standard enthalpy of volume dissolution, or dissociative chemoabsorption, mole of hydrogen atoms (from the initial state H 2 (gas) ) in fragments of polygrafen ΔH (γ) = -19 ± 1 kJ / mol (N), as well as the value of the effective energy (enthalpy) of activation of volume diffusion of hydrogen atoms in fragments of polygrafen Q (γ) = 250 ± 3 kJ / mol (N) ≈ΔH 2 .

При определенных условиях процесс может идти вплоть до образования графаноподобных (карбогидридных) областей в преобладающей части фрагментов исходного материала - фрагментированного полиграфена.Under certain conditions, the process can go right up to the formation of graphane-like (carbohydride) regions in the predominant part of the fragments of the starting material — fragmented polygraphen.

Закон «действующих масс» для «реакции» хемоабсорбции водорода вThe law of "acting masses" for the "reaction" of chemoabsorption of hydrogen in

фрагментах полиграфена (С(полиграфен)+1/2H2(газ)⇔СН(графан.обл.)) можно описать выражением, отвечающим изотерме диссоциативной абсорбции Лэнгмюра:fragments polygraph (. C (printing) + 1/2 H 2 (gas) ⇔SN (grafan.obl)) can be described by the expression corresponding to the Langmuir isotherm dissociative absorption:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Хγ - равновесная концентрация (Н/Сlat)γ абсорбированных атомов водорода в решетке (lat) полислойных фрагментов в углеродном материале при давлении РH2 (в Па) и температуре Т (в K), т.е. отношение количества растворенных в решетке полислойных фрагментов в материале атомов водорода (Н) к количеству углеродных атомов (Сlat≤С) в решетке фрагментов в материале, близкому к общему количеству углеродных атомов (С) в материале; Хγm=(H/Clat)γm≤1,0 - предельная («карбогидридная», или графановая) концентрация водорода в решетке полислойных фрагментов в материале; Р0H2=1 Па - стандартное давление.where X γ is the equilibrium concentration (Н / С lat ) of γ absorbed hydrogen atoms in the lattice (lat) of multilayer fragments in the carbon material at a pressure of P H2 (in Pa) and temperature T (in K), i.e. the ratio of the number of multilayer fragments dissolved in the lattice in the material of hydrogen atoms (H) to the number of carbon atoms (C lat ≤ C) in the fragment lattice in the material, close to the total number of carbon atoms (C) in the material; X γm = (H / C lat ) γm ≤1,0 - limiting (“carbohydride”, or graphane) concentration of hydrogen in the lattice of multilayer fragments in the material; P 0 H2 = 1 Pa - standard pressure.

Константу равновесия K(γ) в выражении (1) можно представить как:The equilibrium constant K (γ) in expression (1) can be represented as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔS(γ)≈-15 R - стандартная энтропия для данной «реакции»; R - универсальная газовая постоянная.where ΔS (γ) ≈ -15 R is the standard entropy for this "reaction"; R is the universal gas constant.

Время диффузионного насыщения водородом решетки и других областей полислойных фрагментов в углеродном материале при относительно низких температурах, при которых имеет место «необратимый» захват диффузанта хемосорбционными центрами (графаноподобными и др.), можно оценить (с точностью до порядка величины) при помощи выражения:The time of diffusion saturation by hydrogen of the lattice and other regions of multilayer fragments in the carbon material at relatively low temperatures, at which there is an “irreversible” capture of the diffusant by chemisorption centers (graphan-like, etc.), can be estimated (up to an order of magnitude) using the expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

где L - характеристический диффузионный путь (порядка толщины образца);where L is the characteristic diffusion path (of the order of the thickness of the sample);

D0≈2·10-4 см2/с; Q≈10 кДж/моль.D 0 ≈2 · 10 -4 cm 2 / s; Q≈10 kJ / mol.

Время диффузионной десорбции (ухода) хемосорбированного водорода из решетки полислойных фрагментов (полиграфена и/или полиграфана) в углеродном материале при повышенных температурах, при которых имеет место «обратимый» захват диффузанта хемосорбционными графаноподобными центрами, можно оценить (с точностью до порядка величины) как:The time of diffusion desorption (departure) of chemisorbed hydrogen from the lattice of multilayer fragments (polygraph and / or polygraph) in a carbon material at elevated temperatures, at which there is a “reversible” capture of the diffusant by chemisorption graphane-like centers, can be estimated (up to an order of magnitude) as:

Figure 00000004
Figure 00000004

где L(γ) - характеристический диффузионный путь (L(γ) порядка диаметра волокон в случае ГНВ); D0(γ)≈3·10-3 см2/с; Q(γ)=250+3 кДж/моль(Н)≈-ΔH2.where L (γ) is the characteristic diffusion path (L (γ) of the order of the diameter of the fibers in the case of GNF); D 0 (γ) ≈3 · 10 -3 cm 2 / s; Q (γ) = 250 + 3 kJ / mol (N) ≈-ΔH 2 .

Процесс диссоциативно-ассоциативной хемоадсорбции водорода полислойным фрагментированным углеродным сорбентом, отвечающий ТПД-пику β с энергией активации ~1,2 эВ (Рис.6), характеризуется величиной стандартной энтальпией хемоадсорбции моля Н2(газ) в приграничных дефектных (def) областях (поверхностных слоях) фрагментов полиграфена в углеродном материале ΔH(β)≈-110 кДж/моль(Н2), а также величиной эффективной энергии (энтальпии) активации диффузии водорода в приграничных дефектных областях (слоях) фрагментов полиграфена Q(β)≈120 кДж/моль(Н2).The process of dissociative-associative chemoadsorption of hydrogen by a multilayer fragmented carbon sorbent corresponding to the TPD peak β with an activation energy of ~ 1.2 eV (Fig. 6) is characterized by the standard enthalpy of chemoadsorption of a mole of Н 2 (gas) in the boundary defect (def) regions (surface layers) of fragments of polygraphen in a carbon material ΔH (β) ≈-110 kJ / mol (Н 2 ), as well as the value of the effective energy (enthalpy) of activation of hydrogen diffusion in the boundary defect regions (layers) of fragments of polygraph Q (β) ≈120 kJ / mole (H 2 ).

Закон «действующих масс» для «реакции» хемоадсорбции (С(деф._полиграфен)2(газ)⇔СН2(деф._обл.)) можно описать выражениями, отвечающими изотерме недиссоциативной (формально) адсорбции Лэнгмюра:The law of “acting masses” for the “reaction” of chemoadsorption (C (def.polygraphhene) + Н 2 (gas) ⇔CH 2 (def._obl.) ) Can be described by expressions corresponding to the isotherm of non-dissociative (formally) Langmuir adsorption:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где Хβ - равновесная концентрация (Н2def)β адсорбированных молекул водорода в приграничных дефектных (def) областях (поверхностных слоях) фрагментов полиграфена в углеродном материале при давлении РH2 (в Па) и температуре Т (в K)), т.е. отношение количества молекул адсорбата (Н2) к количеству углеродных атомов (Сdef) в дефектных областях (слоях) фрагментов полиграфена; Хβm=(Н2def)βm≤0,5 - предельная («карбогидридная») локальная концентрация; ΔS(β)≈-30 R.where X β is the equilibrium concentration (Н 2 / С def ) β of adsorbed hydrogen molecules in the boundary defective (def) regions (surface layers) of polygraphen fragments in the carbon material at a pressure of P H2 (in Pa) and temperature T (in K)), those. the ratio of the number of adsorbate molecules (H 2 ) to the number of carbon atoms (C def ) in the defective areas (layers) of fragments of polygraph; X βm = (Н 2 / С def ) βm ≤0.5 - limiting (“carbohydride”) local concentration; ΔS (β) ≈ -30 R.

При определенных условиях процесс может идти вплоть до образования карбогидридных концентраций в преобладающей части дефектных областей (поверхностных слоев) фрагментов исходного полиграфена; необходимая и достаточная продолжительность процесса при относительно низких температурах определяется (с точностью до порядка величины) выражением (3).Under certain conditions, the process can go right up to the formation of carbohydride concentrations in the predominant part of the defective areas (surface layers) of fragments of the initial polygraph; the necessary and sufficient duration of the process at relatively low temperatures is determined (up to an order of magnitude) by expression (3).

Время диффузионной десорбции (ухода) хемосорбированного водорода из дефектных областей - поверхностных слоев фрагментов исходного полиграфена в углеродном материале (при повышенных температурах) можно оценить (с точностью до порядка величины) при помощи выражения:The time of diffusion desorption (departure) of chemisorbed hydrogen from defective regions - the surface layers of fragments of the initial polygraph in the carbon material (at elevated temperatures) can be estimated (up to an order of magnitude) using the expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

где L(β)≈L - характеристический диффузионный путь (порядка толщины образца); D0(β)≈1,8·103 см2/с.where L (β) ≈L is the characteristic diffusion path (of the order of the thickness of the sample); D 0 (β) ≈1.8 · 10 3 cm 2 / s.

При помощи выражений (1-7) можно определить оптимальные режимы наводороживания исходного полислойного углеродного материала (фрагментированного полиграфена), обеспечивающие образования внутри полислойных фрагментов материала графаноподобных областей с карбогидридными концентрациями (Хγm=(Н/Сlat)γm≈1), а также достижение локальных карбогидридных концентраций (Хβm=(H2/Cdef)βm≈0,5) в дефектных областях (поверхностных слоях) в фрагментах материала.Using expressions (1-7), it is possible to determine the optimal hydrogenation regimes of the initial multilayer carbon material (fragmented polygraph), which ensure the formation of graphane-like regions with carbohydride concentrations (X γm = (Н / С lat ) γm ≈ 1) inside the multilayer fragments of the material achievement of local carbohydride concentrations (X βm = (H 2 / C def ) βm ≈0.5) in defective areas (surface layers) in fragments of the material.

Для обоснования и оптимизации процесса расщепления графеновых и/или графановых слоев в полислойных фрагментах в углеродных материалах рассматривают «закон действующих масс» для сорбции (перехода) водорода из исходного атомарного газообразного состояния (Н(газ)) в решетку фрагментов в углеродных материалах с последующей ассоциацией атомов водорода в выококомпактное («мегабарное») молекулярное состояние (Н2(граф.)), локализованное между графеновыми (и/или графановыми) слоями фрагментов материала. Физика процесса (2 Н(газ)→Н2(граф.)) заключается в том, что атомарный водород легко проникает через графеновые (графановые) слои фрагментов материала, а образовавшийся между графеновыми (графановыми) слоями (в результате ассоциации атомов водорода) молекулярный водород оказывается (при определенных условиях) «запертым» между графеновыми (и/или графановыми) слоями фрагментов углеродного материала.To justify and optimize the process of splitting graphene and / or graphene layers in multilayer fragments in carbon materials, the “law of acting masses” is considered for sorption (transition) of hydrogen from the initial atomic gaseous state (H (gas) ) to the lattice of fragments in carbon materials with subsequent association hydrogen atoms in a highly compact (“megabar”) molecular state (H 2 (graph.) ), localized between graphene (and / or graphane) layers of material fragments. The physics of the process (2 Н (gas) → Н 2 (graph.) ) Consists in the fact that atomic hydrogen easily penetrates through graphene (graphene) layers of material fragments, and the molecular formed between graphene (graphene) layers (as a result of the association of hydrogen atoms) is molecular hydrogen is (under certain conditions) “locked” between graphene (and / or graphene) layers of carbon material fragments.

Закон действующих масс для «реакции» (2 Н(газ)⇔Н2(граф.)) можно представить в удобном для соответствующих оценок виде как:The law of mass action for the “reaction” (2 Н (gas) ⇔Н 2 (graph.) ) Can be represented in the form convenient for the corresponding estimates as:

Figure 00000008
Figure 00000008

где РH(газ), P0H(газ) - равновесное и стандартное давления атомарного газообразного водорода, соответственно; Р*H2(граф.) - равновесная фугитивность (эффективное давление молекулярного водорода), отвечающая высококомпактному молекулярному состоянию водорода между графеновыми (и/или графановыми) слоями фрагментов материала; Р0H2(газ) - стандартное давление молекулярного водорода; ΔH(дисс.), ΔS(дисс.) - стандартные энергия и энтропия диссоциации молекулярного газообразного водорода, соответственно (ΔH(дисс.)≈4.6 эВ, ΔS(дисс.)≈0 (в первом приближении)); ΔV - соответствующее изменение объема материала (порядка грамм-атомного объема углерода).where P H (gas) , P 0 H (gas) is the equilibrium and standard pressure of atomic hydrogen gas, respectively; P * H2 (graph.) - equilibrium fugacity (effective pressure of molecular hydrogen), corresponding to a highly compact molecular state of hydrogen between graphene (and / or graphane) layers of material fragments; P 0 H2 (gas) is the standard pressure of molecular hydrogen; ΔH (diss.) , ΔS (diss.) - standard energy and entropy of dissociation of molecular hydrogen gas, respectively (ΔH (diss.) ≈4.6 eV, ΔS (diss.) ≈0 (to a first approximation)); ΔV is the corresponding change in the volume of the material (of the order of the gram-atomic volume of carbon).

Отсюда следует, что необходимые для расщепления фрагментов полиграфена и/или полиграфана мегабарные значения локальных напряжений (P*H2(граф.)) в углеродном материале можно получить (за счет энергии ассоциации атомов водорода в материале) при технологичных температурах и реальном (для практического осуществления) давлении атомарного водорода PH(газ)~10-100 Па.It follows that the megabar values of local stresses (P * H2 (graph.) ) Necessary for splitting fragments of polygraphen and / or polygraphane in a carbon material can be obtained (due to the energy of association of hydrogen atoms in the material) at technological temperatures and real (for practical implementation ) atomic hydrogen pressure P H (gas) ~ 10-100 Pa.

Такую величину давления атомарного водорода (РH(газ) ~ 10-100 Па) можно получить, например, посредством каталитической атомизации молекулярного водорода, при наводороживании углеродного материала в газообразном молекулярном водороде с давлением РH2(газ) ~ 10 МПа.Such a pressure of atomic hydrogen (P H (gas) ~ 10-100 Pa) can be obtained, for example, by the catalytic atomization of molecular hydrogen, by hydrogenation of carbon material in gaseous molecular hydrogen with a pressure P H2 (gas) ~ 10 MPa.

При резком понижении давления водорода (на десятки процентов и более) интеркалированный (int.) высококомпактный «мегабарный» водород десорбируется (уходит) из полислойного углеродного материала за время, которое можно оценить (порядок величины) при помощи выражения:With a sharp decrease in hydrogen pressure (by tens of percent or more), the intercalated (int.) Highly compact “megabar” hydrogen is desorbed (leaves) from the multilayer carbon material in a time that can be estimated (order of magnitude) using the expression:

Figure 00000009
Figure 00000009

где L(int.)≈L - характеристический диффузионный путь (порядка толщины образца); D0(int.)≈9*10-3 см2/с; Q(int.)≈-7 кДж/моль(Н2).where L (int.) ≈L is the characteristic diffusion path (of the order of the sample thickness); D 0 (int.) ≈9 * 10 -3 cm 2 / s; Q (int.) ≈ -7 kJ / mol (H 2 ).

Плотность интеркалированного между графановыми (и/или графеновыми) слоями в полислойных фрагментах материала (ГНВ) высококомпактного «мегабарного» водорода (ρH) можно определить (после удаления из материала «мегабарного» водорода (Рис.7)) при помощи выражений (с использованием электронно-микроскопических и гравиметрических данных):The density of the highly compact “megabar” hydrogen (ρ H ) intercalated between the graphene (and / or graphene) layers in the multilayer fragments of the material (GNF) can be determined (after removal of the “megabar” hydrogen from the material (Fig. 7)) using expressions (using electron microscopic and gravimetric data):

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где ρC=2,3 г/см3 - известная плотность углеродных нановолокон; fvH=0,4±0,1 - объемная доля щелевидных нанополостей (т.е. «водородной» части) в нановолокнах, определяемая из Рис.7; νC, vh - объемы углеродной части нановолокон и «водородной» части нановолокон, соответсвенно; fmH=0,17±0,01 - массовая доля интеркалированного водорода в щелевидных нанополостях в нановолокнах в образце, отвечающем Рис.7 (экспериментальное значение); mC, mH - массы углеродной части нановолокон и «водородной» части нановолокон, соответственно.where ρ C = 2.3 g / cm 3 is the known density of carbon nanofibers; f vH = 0.4 ± 0.1 is the volume fraction of slit-like nanocavities (ie, the “hydrogen” part) in nanofibers, determined from Fig. 7; ν C , v h are the volumes of the carbon part of the nanofibers and the “hydrogen” part of the nanofibres, respectively; f mH = 0.17 ± 0.01 is the mass fraction of intercalated hydrogen in slit-like nanocavities in nanofibers in the sample corresponding to Fig. 7 (experimental value); m C , m H are the masses of the carbon part of the nanofibers and the “hydrogen” part of the nanofibres, respectively.

Отсюда можно получить значение ρH=0,7±0,2 г/см3, которое в случае всестороннего сжатия образца отвечает мегабарным внешним давлениям водорода, а в нашем случае - внутренним локальным мегабарным давлениям интеркалированного в материал высокоплотного водорода, т.е. внутренним локальным мегабарным напряжениям в наноматериале.From this, one can obtain the value ρ H = 0.7 ± 0.2 g / cm 3 , which in the case of comprehensive compression of the sample corresponds to megabar external pressures of hydrogen, and in our case, to internal local megabar pressures of high-density hydrogen intercalated into the material, i.e. internal local megabar stresses in nanomaterial.

Используя известные данные [1-7] о супервысоких прочностных характеристиках графена (или графана), можно оценить внутренние напряжения, необходимые для наблюдаемого на микрофотографиях нановолокон эффекта механического «раздутия» щелевидных нанополостей в их средней части до линзообразной формы (Рис.7), и получить близкие к мегабарным значения внутренних давлений (напряжений).Using the known data [1–7] on the superhigh strength characteristics of graphene (or graphene), we can estimate the internal stresses necessary for the effect of mechanical “bloating” of slit-like nanocavities in their middle part to a lenticular shape observed in microphotographs of nanofibers (Fig. 7), and get close to megabar values of internal pressures (stresses).

Хемосорбированный водород, отвечающий ТПД-пику β с энергией активации ~1,2 эВ (Рис.6), можно удалить из материала посредством десорбционного отжига, при котором в материале остается только хемосорбированный водород, отвечающий ТПД-пику γ с энергией активации ~2,5 эВ (Рис.6), т.е. сохраняются только нанообласти полислойного фрагментированного графана, разделенные щелевидными нанополостями (Рис.7). Оптимальный режим термодесорбционного отжига материала можно определить при помощи выражений (7) и (4).Chemisorbed hydrogen corresponding to the TPD peak β with an activation energy of ~ 1.2 eV (Fig. 6) can be removed from the material by desorption annealing, in which only chemisorbed hydrogen corresponding to the TPD peak γ with an activation energy of ~ 2 remains in the material. 5 eV (Fig. 6), i.e. only nano-regions of multilayer fragmented graphane are preserved, separated by slit-like nanocavities (Fig. 7). The optimal mode of thermal desorption annealing of the material can be determined using expressions (7) and (4).

Способ образования и расщепления полислойного фрагментированного графана - полиграфана в исходном полислойном углеродном материале - фрагментированном полиграфене (Рис.1-5) осуществляют посредством проведения комплекса следующих операций.The method of formation and splitting of a multilayer fragmented graphane - polygraph in the initial multilayer carbon material - fragmented polygraph (Fig. 1-5) is carried out by means of a set of the following operations.

1. Используют в качестве материального объекта углеродные материалы, состоящие из полислойных фрагментов графена - фрагментированного полиграфена (Рис.1) типа графитовых нановолокон или углеродных нанотрубок.1. Use carbon materials as a material object, consisting of multilayer fragments of graphene - fragmented polygraphen (Fig. 1) such as graphite nanofibers or carbon nanotubes.

2. Вводят химическим или электрохимическим способом в межфрагментные поверхностные области углеродного материала определенное количество наночастиц металлического катализатора, по меньшей мере один из группы металлов, диссоциативно абсорбирующих водород, 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 создания при последующем наводороживании материала в газообразном молекулярном водороде парциального давления атомарного водорода pH порядка 10-100 Па (выражение (8)).2. A certain amount of metal catalyst nanoparticles, at least one of the group of metals dissociatively absorbing hydrogen, including Pd, Pt, Ni, Ti, Fe, Co, Nb, Mo, Ta, is introduced into the interfragment surface regions of the carbon material by a chemical or electrochemical method, W, Rh, Ru, Os, Ir, La, Mg, and / or their alloys, necessary and sufficient to create a partial pressure of atomic hydrogen with a pH of about 10-100 Pa during subsequent hydrogenation of the material in gaseous molecular hydrogen (expression (8)).

3. Проводят очистку материала от присоединенных функциональных групп оксидного типа посредством его отжига в инертном газе.3. The material is purified from the attached functional groups of the oxide type by annealing it in an inert gas.

4. Создают посредством наводороживания углеродного материала в газообразном молекулярном водороде (выражения (1-8)) при давлениях РH2, температурах и временах наводороживания, не превышающих 30 МПа, 1000 K и 300 ч, соответственно, карбогидридный слой хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ в поверхностных областях полиграфеновых фрагментов материала (Рис.5, 6), карбогидридный слой хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ на внутренних графеновых поверхностях фрагментов материала (Рис.5, 6), а также нанопрослойки интеркалированного в материал высококомпактного молекулярного «мегабарного» водорода с плотностью до ~ 0,7 г/см3 (выражения (10-12)) в количестве порядка 10 мас.% (Рис.7).4. Create by hydrogenation of the carbon material in gaseous molecular hydrogen (expressions (1-8)) at pressures P H2 , temperatures and hydrogenation times not exceeding 30 MPa, 1000 K and 300 h, respectively, a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption ~ 1.2 eV in the surface regions of polygraphic material fragments (Fig. 5, 6), a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2.5 eV on the internal graphene surfaces of material fragments (Fig. 5 5, 6), as well as a nanolayer of a highly compact molecular “megabar” hydrogen intercalated into the material with a density of up to ~ 0.7 g / cm 3 (expressions (10-12)) in an amount of about 10 wt.% (Fig. 7).

5. Удаляют из нанопрослоек - щелевидных нанополостей материала - интеркалированный там высококомпактный молекулярный водород посредством резкого уменьшения давления молекулярного газообразного водорода на десятки и более %, предпочтительно на ~ 100%, и последующего низкотемпературного отжига (выражение (9)) материала, предпочтительно при Т≈298 K.5. Remove from the nanosized layers — slit-like nanocavities of the material — the highly compact molecular hydrogen intercalated there by drastically reducing the pressure of molecular hydrogen gas by tens or more%, preferably by ~ 100%, and subsequent low-temperature annealing (expression (9)) of the material, preferably at T≈ 298 K.

6. Удаляют из материала хемосорбированный водород с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ посредством отжига (выражение (7)) при повышенных температурах, предпочтительно при Т≈800 K, при котором в материале остается только хемосорбированный водород с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ (выражение (4)), т.е. сохраняют только полислойные фрагменты графана, разделенные щелевидными нанополостями на отдельные нанообласти (Рис.7);6. Remove chemisorbed hydrogen from the material with an activation energy of thermal desorption of ~ 1.2 eV by annealing (expression (7)) at elevated temperatures, preferably at T≈800 K, in which only chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2 remains in the material, 5 eV (expression (4)), i.e. only multilayer fragments of graphane are preserved, separated by slit-like nanocavities into separate nanoscopic regions (Fig. 7);

7. Контролируют полноту протекания процесса посредством периодического проведения температурно-программируемой десорбции водорода (Рис.6), гравиметрических и электронно-микроскопических исследований материала (Рис.7).7. Control the completeness of the process by periodically conducting temperature-programmed hydrogen desorption (Fig. 6), gravimetric and electron microscopic studies of the material (Fig. 7).

4. Осуществление изобретения4. The implementation of the invention

Пример осуществленияImplementation example

Образец толщиной ~0,45 см из ~1 г углеродного фрагментированного наноматериала - графитовых нановолокон (ГНВ) с диаметром волокон до ~50 нм, длиной волокон ~ 5 мкм и удельной поверхностью ~200 м2/г), содержащего ~ 1 мас.% включений наночастиц (размером ~10-30 нм) палладиевого катализатора, помещают в контейнер из водородостойкой стали и выдерживают 2 ч в токе гелия при 773 K (для очистки углеродного сорбента).A sample with a thickness of ~ 0.45 cm from ~ 1 g of carbon fragmented nanomaterial — graphite nanofibers (GNF) with a fiber diameter of up to ~ 50 nm, a fiber length of ~ 5 μm and a specific surface area of ~ 200 m 2 / g) containing ~ 1 wt.% inclusions of nanoparticles (~ 10-30 nm in size) of a palladium catalyst are placed in a container made of hydrogen-resistant steel and incubated for 2 hours in a helium stream at 773 K (for cleaning the carbon sorbent).

Затем наводороживают образец (в контейнере) в газообразном молекулярном водороде при давлении РH2(газ)≈11 МПа и температуре T≈298 K в течение 24 ч (вплоть до образования в приграничных (поверхностных) дефектных областях графитовых нановолокон карбогидридного слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ (Рис.5, 6), а также образования на внутренних графеновых поверхностях нановолокон карбогидридного слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ (Рис.5, 6), т.е. образования графаноподобных областей в преобладающей части материала. Режимы такого наводороживания материала определяют при помощи выражений (1), (2), (3), (5) и (6). Контролируют заданную полноту протекания процесса наводороживания материала посредством проведения температурно-программируемой десорбции (ТПД) водорода из материала (Рис.6). При этом количество и локальные концентрации хемосорбированного водорода определяют из калиброванных площадей ТПД-пиков β и γ (Рис.6) с использованием выражений (1), (2), (5-6).Then, a sample (in a container) is hydrogenated in gaseous molecular hydrogen at a pressure of P H2 (gas) ≈11 MPa and a temperature of T≈298 K for 24 h (until the formation of graphite nanofibers of a carbon-hydride layer of a chemo-adsorbed hydrogen with energy activation of thermal desorption ~ 1.2 eV (Fig. 5, 6), as well as the formation on the internal graphene surfaces of nanofibers of a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2.5 eV (Fig. 5, 6), i.e., the formation of graphane areas in the predominant part of the material. Modes of such hydrogenation of the material are determined using the expressions (1), (2), (3), (5) and (6). The specified completeness of the process of hydrogenation of the material is controlled by means of temperature-programmed desorption (TPD ) hydrogen from the material (Fig. 6) .In this case, the amount and local concentrations of chemisorbed hydrogen are determined from the calibrated areas of the TPD peaks β and γ (Fig. 6) using expressions (1), (2), (5-6).

При наводороживании материала из газообразного молекулярного водорода при давлении РH2(газ)≈11 МПа и температуре Т≈298 K в течение 24 ч обеспечивают (посредством каталитической атомизации части молекулярного водорода) парциальное давление атомарного водорода (РH(газ) ≈10-100 Па (выражение (8)) для полислойной интеркаляции в материал высококомпактного (мегабарного, т.е. отвечающего мегабарному сжатию) молекулярного водорода с плотностью до ~0.7 г/см3 (выражения (10-12) в количестве ≥10 мас.%, вызывающей расщепление нановолокон (за счет энергии ассоциации атомарного водорода (выражение (8)) на графановые нанообласти, разделенные нанопластами интеркалированного водорода - щелевидными нанополостями (Рис.7).When hydrogenated material from gaseous molecular hydrogen at a pressure of P H2 (gas) ≈11 MPa and a temperature of T≈298 K for 24 hours provides (through catalytic atomization of a part of molecular hydrogen) the partial pressure of atomic hydrogen (P H (gas) ≈10-100 Pa (expression (8)) for multilayer intercalation into the material of highly compact (megabar, i.e. corresponding to megabar compression) molecular hydrogen with a density of up to ~ 0.7 g / cm 3 (expressions (10-12) in an amount of ≥10 wt.%, causing the splitting of nanofibers (due to the energy of assoc tion of atomic hydrogen (expression (8)) on graphyne nanoregions separated nanoplastami intercalated hydrogen - slotted nanofields (Fig.7).

Удаляют из наноматериала интеркалированный высококомпактный «мегабарный» водород посредством резкого уменьшения давления водорода (до нуля), т.е. снятия давления, и последующего отжига наноматериала при T≈295 K в течение 10 мин; режим отжига определяют при помощи выражения (9). После такой обработки наблюдают на микрофотографиях нановолокон (Рис.7) нанообласти полислойного графана (темные полосы на снимках) и разделяющие их щелевидные линзообразные нанополости (светлые полосы, некоторые из которых отмечены на снимках стрелками).The intercalated highly compact “megabar” hydrogen is removed from the nanomaterial by means of a sharp decrease in the hydrogen pressure (to zero), i.e. depressurization, and subsequent annealing of the nanomaterial at T≈295 K for 10 min; the annealing mode is determined using expression (9). After such processing, microphotographs of the nanofibers (Fig. 7) show the multilayer graphane nano-regions (dark bands in the photographs) and the slit-like lenticular nanocavities separating them (light bands, some of which are indicated by arrows in the photographs).

Плотность интеркалированного в щелеобразных нанополостях материала (Рис.7) высококомпактного «мегабарного» водорода (pH) определяют при помощи выражений (10), (11) и (12). При этом используют значения характеристик: ρC=2,3 г/см3 - известная плотность углеродных (или графановых) нановолокон; fvH=0,4±0,1 - объемная доля щелевидных нанополостей в нановолокнах, которую определяют из Рис.7; fmH=0,17±0,01 - массовая доля интеркалированного водорода в щелевидных нанополостях в нановолокнах в образце, отвечающем Рис.7, которую определяют из гравиметрических измерений.The density of the highly compact “megabar” hydrogen (pH) intercalated in the slit-like nanocavities of the material (Fig. 7) is determined using expressions (10), (11) and (12). In this case, the characteristic values are used: ρ C = 2.3 g / cm 3 — known density of carbon (or graphane) nanofibers; f vH = 0.4 ± 0.1 - volume fraction of slit-like nanocavities in nanofibers, which is determined from Fig. 7; f mH = 0.17 ± 0.01 is the mass fraction of intercalated hydrogen in slit-like nanocavities in nanofibers in the sample corresponding to Fig. 7, which is determined from gravimetric measurements.

Отсюда получают значение ρH=0,7±0,2 г/см3, которое в случае всестороннего сжатия образца отвечает мегабарным внешним давлениям водорода, а в рассматриваемом случае - внутренним локальным давлениям интеркалированного в материал высокоплотного водорода, т.е. внутренним локальным мегабарным напряжениям в наноматериале.This yields the value ρ H = 0.7 ± 0.2 g / cm 3 , which, in the case of comprehensive compression of the sample, corresponds to megabar external pressures of hydrogen, and in the case under consideration, to internal local pressures of high-density hydrogen intercalated into the material, i.e. internal local megabar stresses in nanomaterial.

Оценивают (с использованием известных данных [1-7] о супервысоких «надмегабарных» прочностных характеристиках графена (или графана)) внутренние напряжения, необходимые для наблюдаемого на микрофотографиях нановолокон эффекта механического «раздутия» щелевидных линзообразных нанополостей в их средней части до линзообразной формы (Рис.7), и получают близкие к мегабарным значения внутренних давлений (напряжений).They evaluate (using known data [1–7] on the superhigh “super-megabar” strength characteristics of graphene (or graphene)) the internal stresses necessary for the effect of mechanical “bloating” of slit-like lenticular nanocavities in their middle part to the lenticular shape observed in microphotographs of nanofibres (Fig. .7), and they obtain close to megabar values of internal pressures (stresses).

Затем удаляют из наноматериала хемосорбированный водород, отвечающий ТПД-пику β с энергией активации ~1,2 эВ (Рис.6), посредством отжига наноматериала (образца толщиной ~0.45 см) при 800 K в течение 3 ч. При этом режим десорбционного отжига образца наноматериала определяют при помощи выражений (7) и (4).Then chemisorbed hydrogen corresponding to the TPD peak β with an activation energy of ~ 1.2 eV (Fig. 6) is removed from the nanomaterial by annealing the nanomaterial (sample with a thickness of ~ 0.45 cm) at 800 K for 3 hours. In this case, the mode of desorption annealing of the sample nanomaterial is determined using expressions (7) and (4).

В результате проведения комплекса всех описанных выше операций получают образец из нановолокон, состоящих из полислойных фрагментов графана - полиграфана, расщепленных (разделенных) на отдельные нанообласти (темные полосы на Рис.7) щелевидными линзообразными нанополостями (светлые полосы на Рис.7, некоторые из которых отмечены стрелками).As a result of the complex of all the operations described above, a sample is obtained from nanofibers consisting of multilayer fragments of graphane - polygraph, split (divided) into separate nanobas (dark bands in Fig. 7) with slit-like lenticular nanocavities (light bands in Fig. 7, some of which marked by arrows).

Claims (2)

1. Способ получения и расщепления полислойного графана - полиграфана, состоящего из слабо связанных между собой графановых слоев, отличающийся тем, что:
используют в качестве материального объекта углеродные материалы, состоящие из полислойных фрагментов графена - графитовые нановолокна или углеродные нанотрубки;
вводят химическим или электрохимическим способом в межфрагментные приповерхностные области углеродного материала наночастицы 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, в количестве, необходимом и достаточном для создания при последующем наводороживании материала в газообразном молекулярном водороде парциального давления атомарного водорода РH порядка 10-100 Па;
проводят предварительную очистку углеродного материала от присоединенных функциональных групп оксидного типа посредством отжига в инертном газе;
создают посредством наводороживания углеродного материала в газообразном молекулярном водороде при давлениях РH2, температурах и временах наводороживания, не превышающих 30 МПа, 1000 K и 300 ч соответственно карбогидридный слой хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ в приповерхностных областях полиграфеновых фрагментов материала, карбогидридный слой хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ на внутренних графеновых поверхностях фрагментов материала, а также интеркалированный в щелевидные нанополости материала высококомпактный молекулярный водород с плотностью до ~0,7 г/см3 в количестве порядка 10 мас.%;
удаляют из щелевидных нанополостей материала интеркалированный там высококомпактный молекулярный водород посредством резкого уменьшения давления молекулярного газообразного водорода на десятки и более %, вплоть до ~100%, и последующего низкотемпературного отжига материала, например, при Т≈295 K;
удаляют из материала хемосорбированный водород с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ посредством отжига при повышенных температурах, например при Т≈800 K, при котором в материале остается только хемосорбированный водород с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ, т.е. сохраняют только полислойные фрагменты графана, разделенные щелевидными нанополостями на отдельные нанообласти;
контролируют полноту протекания процесса наводороживания материала и процесса интеркаляции высококомпактного молекулярного водорода посредством проведения температурно-программируемой десорбции водорода, гравиметрических измерений и электронной микроскопии.
1. The method of obtaining and splitting multilayer graphane - polygraph, consisting of loosely interconnected graphane layers, characterized in that:
use carbon materials as a material object, consisting of multilayer fragments of graphene - graphite nanofibres or carbon nanotubes;
at least one of the group of metals dissociatively absorbing hydrogen, and including Pd, Pt, Ni, Ti, Fe, Co, Nb, Mo, Ta, W, Rh, is introduced chemically or electrochemically into the interfragment near-surface regions of the carbon material , Ru, Os, Ir, La, Mg and / or their alloys, in an amount necessary and sufficient to create, with subsequent hydrogenation of the material in gaseous molecular hydrogen, a partial pressure of atomic hydrogen P H of the order of 10-100 Pa;
carry out a preliminary purification of the carbon material from the attached functional groups of the oxide type by annealing in an inert gas;
create by means of hydrogenation of carbon material in gaseous molecular hydrogen at pressures Р H2 , temperatures and hydrogenation times not exceeding 30 MPa, 1000 K and 300 h, respectively, a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 1.2 eV in the surface regions of polygraphic material fragments, a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2.5 eV on the internal graphene surfaces of material fragments, as well as intercalated a slit-shaped nanocavities material highly compact with a density of molecular hydrogen to ~ 0.7 g / cm 3 in an amount of about 10 wt.%;
remove highly compact molecular hydrogen intercalated there from the slit-like nanocavities of the material by drastically reducing the pressure of molecular hydrogen gas by tens or more%, up to ~ 100%, and subsequent low-temperature annealing of the material, for example, at T≈295 K;
chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 1.2 eV is removed by annealing at elevated temperatures, for example, at T≈800 K, at which only chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2.5 eV remains in the material, i.e. save only multilayer fragments of graphane, divided by slit-like nanocavities into separate nanoscopes;
control the completeness of the process of hydrogenation of the material and the process of intercalation of highly compact molecular hydrogen by means of temperature-programmed hydrogen desorption, gravimetric measurements and electron microscopy.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что:
используют образец толщиной ~0,45 см из ~1 г углеродного фрагментированного наноматериала - графитовых нановолокон с диаметром волокон до ~50 нм, длиной волокон ~5 мкм и удельной поверхностью ~200 м2/г, содержащего ~1 мас.% включений наночастиц размером ~ 10-30 нм палладиевого катализатора;
помещают образец в контейнер из водородостойкой стали и выдерживают 2 ч в токе гелия при 773 К;
наводороживают образец в стальном контейнере в газообразном молекулярном водороде при давлении РH2≈11 МПа и температуре Т≈298 K в течение 24 ч вплоть до образования в приповерхностных областях графитовых нановолокон карбогидридного слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ, образования на внутренних графеновых поверхностях нановолокон карбогидридного слоя хемосорбированного водорода с энергией активации термодесорбции ~2,5 эВ, а также образования нанопрослоек интеркалированного в щелевидные нанополости материала высококомпактного молекулярного водорода с плотностью ~0,7 г/см3 в количестве ≥10 мас.%;
удаляют из щелевидных нанополостей материала высококомпактный молекулярный водород посредством резкого уменьшения давления водорода в стальном контейнере до нуля, т.е. снятия давления, и последующего отжига образца при Т≈295 K в течение 10 мин;
удаляют из наноматериала хемосорбированный водород с энергией активации термодесорбции ~1,2 эВ посредством отжига образца при 800 K в течение 3 ч;
получают образец из нановолокон, состоящих из полислойных фрагментов графана - полиграфана, разделенных на отдельные нанообласти щелевидными нанополостями;
контролируют заданную полноту протекания процесса посредством проведения температурно-программируемой десорбции водорода, гравиметрических измерений и электронной микроскопии.
2. The method according to claim 1, characterized in that:
use a sample with a thickness of ~ 0.45 cm from ~ 1 g of carbon fragmented nanomaterial — graphite nanofibers with a fiber diameter of up to ~ 50 nm, a fiber length of ~ 5 μm and a specific surface of ~ 200 m 2 / g, containing ~ 1 wt.% inclusions of nanoparticles of size ~ 10-30 nm palladium catalyst;
place the sample in a container of hydrogen-resistant steel and incubate for 2 hours in a helium stream at 773 K;
hydrogenating the sample in a steel container in gaseous molecular hydrogen at a pressure of P H2 ≈11 MPa and a temperature of T≈298 K for 24 h until the formation of carbon-hydride layer of chemisorbed hydrogen in the surface regions of graphite nanofibers with an activation energy of thermal desorption of ~ 1.2 eV, forming the internal graphene surfaces of nanofibers of a carbohydride layer of chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 2.5 eV, as well as the formation of interlayers of intercalation into slot-like nanowires the material of highly compact molecular hydrogen with a density of ~ 0.7 g / cm 3 in an amount of ≥10 wt.%;
highly compact molecular hydrogen is removed from the slit-like nanocavities of the material by drastically reducing the hydrogen pressure in the steel container to zero, i.e. pressure relief, and subsequent annealing of the sample at T≈295 K for 10 min;
chemisorbed hydrogen with an activation energy of thermal desorption of ~ 1.2 eV is removed from the nanomaterial by annealing the sample at 800 K for 3 h;
get a sample of nanofibers, consisting of multilayer fragments of graphane - polygraph, divided into separate nanobas with slit-like nanocavities;
control the given completeness of the process by conducting temperature-programmed hydrogen desorption, gravimetric measurements and electron microscopy.
RU2010153171/05A 2010-12-27 2010-12-27 Method of producing and splitting multilayer graphane RU2478571C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010153171/05A RU2478571C2 (en) 2010-12-27 2010-12-27 Method of producing and splitting multilayer graphane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010153171/05A RU2478571C2 (en) 2010-12-27 2010-12-27 Method of producing and splitting multilayer graphane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010153171A RU2010153171A (en) 2012-07-10
RU2478571C2 true RU2478571C2 (en) 2013-04-10

Family

ID=46848008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010153171/05A RU2478571C2 (en) 2010-12-27 2010-12-27 Method of producing and splitting multilayer graphane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478571C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5653951A (en) * 1995-01-17 1997-08-05 Catalytic Materials Limited Storage of hydrogen in layered nanostructures
EP1209119A2 (en) * 2000-11-22 2002-05-29 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen storage using carbon-metal hybrid compositions
RU2006111408A (en) * 2006-04-10 2007-10-27 Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова Российской академии наук (RU) CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR THEIR GROWING
RU2346090C2 (en) * 2004-03-31 2009-02-10 Мицуи Энд Ко., Лтд Ultra-thin carbon fibers with different structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5653951A (en) * 1995-01-17 1997-08-05 Catalytic Materials Limited Storage of hydrogen in layered nanostructures
EP1209119A2 (en) * 2000-11-22 2002-05-29 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen storage using carbon-metal hybrid compositions
RU2346090C2 (en) * 2004-03-31 2009-02-10 Мицуи Энд Ко., Лтд Ultra-thin carbon fibers with different structures
RU2006111408A (en) * 2006-04-10 2007-10-27 Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова Российской академии наук (RU) CARBON NANOTUBES AND METHOD FOR THEIR GROWING

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.C. ELIAS et al. Control of Graphene's Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane, Science, 2009, v.323, p.p.610-613. *
JORGE O.SOFO et al, Graphane: A two-dimensional hydrocarbon, Phys. Rev., B, 2007, v.75, p.p.153401-1-153401-4. A.K.GEIM, Graphene: Status and Prospects, Science, 2009, v.324, p.p.1530-1534. *
NORMA L. RANGEL et al, Mechanism of carbon nanotubes unzipping into graphene ribbons, J. Chem. Phys., 2009, v.131, p.p.031105-1-031105-4. LIJIE CI et al. Controlled Nanocutting of Graphene, Nano Res., 2008, v.1, p.p.116-122. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010153171A (en) 2012-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Synthesis and characterization of graphene and carbon nanotubes: A review on the past and recent developments
Pyle et al. Hydrogen storage in carbon nanostructures via spillover
DE60122456T2 (en) Hydrogen storage using carbon-metal hybrid compositions
Hudson et al. Hydrogen uptake of reduced graphene oxide and graphene sheets decorated with Fe nanoclusters
Thanh et al. A few-layer graphene–graphene oxide composite containing nanodiamonds as metal-free catalysts
Gao et al. Hydrogen storage in Pd–Ni doped defective carbon nanotubes through the formation of CHx (x= 1, 2)
Silambarasan et al. Gamma (γ)-ray irradiated multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) for hydrogen storage
Fei et al. Synthesis, properties and potential applications of hydrogenated graphene
JP2004507436A (en) Method for producing functionalized short carbon nanotubes and functionalized short carbon nanotubes obtained by the method
WO2017156297A2 (en) Hybrid graphene materials and methods of fabrication
Elsehly et al. Characterization of functionalized multiwalled carbon nanotubes and application as an effective filter for heavy metal removal from aqueous solutions
Ruse et al. Tuning Mg hydriding kinetics with nanocarbons
KR20130079144A (en) Graphene carbon-nanotube composite and spray pyrolysis process for preparing same
Vinayan et al. Hydrogen storage studies of palladium decorated nitrogen doped graphene nanoplatelets
Silambarasan et al. Investigation of single-walled carbon nanotubes-titanium metal composite as a possible hydrogen storage medium
Macili et al. Study of hydrogen absorption in a novel three-dimensional graphene structure: Towards hydrogen storage applications
Chen et al. Improved hydrogen storage performance of defected carbon nanotubes with Pd spillover catalysts dispersed using supercritical CO2 fluid
Kim et al. Enhancement of H2 and CH4 adsorptivities of single wall carbon nanotubes produced by mixed acid treatment
RU2478571C2 (en) Method of producing and splitting multilayer graphane
Luxembourg et al. Hydrogen storage capacity at high pressure of raw and purified single wall carbon nanotubes produced with a solar reactor
Ling et al. Preparation of two-dimensional NiO/graphene composite and superior catalytic activity in benzene hydrogenation
Noroozi et al. Increasing the Hydrogen Storage Capacity of Single-Walled Carbon Nanotube (SWNT) Through Facile Impregnation by Tio2, Zro2, and Zno Nanocatalysts
Silambarasan et al. Hydrogen adsorption on single walled carbon nanotubes-tungsten trioxide composite
JPWO2018043634A1 (en) Carbon-based hydrogen storage material having autocatalytic ability, method for producing the same, method for storing hydrogen using the compound, method for releasing hydrogen, and device for storing hydrogen
Lin et al. Effects of heat treatment on materials characteristics and hydrogen storage capability of multi-wall carbon nanotubes