alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2016.23-24.088-097alternative-917Research ArticleНАНОСТРУКТУРЫNANOSTRUCTURESСИНТЕЗ ТРЕХМЕРНЫХ УГЛЕРОД-ГРАФЕНОВЫХ КОМПОЗИТОВSYNTHESIS OF 3D CARBON-GRAPHENE COMPOSITESАрбузовА. А.ArbuzovA. A.

канд. хим. наук, научный сотрудник

Ph.D. (chemistry), Researcher

arbuzov@icp.ac.ruВолодинА. А.VolodinA. A.

канд. хим. наук, старший научный сотрудник

Ph.D. (chemistry), Researcher

arbuzov@icp.ac.ruТарасовБ. П.TarasovB. P.

канд. хим. наук, зав. лаб.

Ph.D. (chemistry), Head of Laboratory

arbuzov@icp.ac.ruИнститут проблем химической физики РАН д. 1, пр. Акад. Семенова, Черноголовка, Московская обл., 142432, РоссияРоссияInstitute of Problems of Chemical Physics of RAS 1 Acad. Semenov av., Chernogolovka, Moscow reg., 142432, RussiaRussian Federation201623122016023-248897Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20162016Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/917

В работе описано получение и исследование углерод-графеновых композитов на основе графеноподобного материала (ГПМ) и углеродных нановолокон (УНВ). Композиты были получены каталитическим пиролизом этилена на никелевом катализаторе, закрепленном на поверхности ГПМ. Катализатор получали двумя методами: 1) гидротермальная обработка водной суспензии оксида графита (ОГ) и ацетата никеля с последующим прогреванием в потоке водорода; 2) восстановление водородом предварительно приготовленного композита Ni(CH3COO)2/ОГ. Синтез углеродных нановолокон осуществляли при варьировании времени синтеза: от 1 мин до 60 мин, при этом образовывались волокна 10 нм в диаметре разной длины: от 10 нм до 300 нм. Полученный материал может быть использован в качестве носителя катализаторов для органического синтеза, обратимой сорбции водорода, а также электрохимических источников тока.

The paper describes the preparation and study of carbon-graphene composites on the basis of graphene-like material (GLM) and carbon nanofibers (CNF). CNF/GLM composites were prepared through pyrolysis of ethylene on a Ni-containing catalyst, supported on the surface of the GLM. Ni-containing catalysts were prepared by two methods: (1) hydrothermal treatment of aqueous suspension of graphite oxide and nickel acetate, followed by heating in a hydrogen stream; (2) hydrogen reduction of pre-formed Ni(CH3COO)2/GO composite. CNF synthesized on the surface of GLM had a diameter of 10 nm and a length from 10 to 300 nm at the synthesis duration from 1 to 60 min. The received material can be used as a carrier of catalysts for organic synthesis, reversible sorption of hydrogen and the electrochemical sources of current.

оксид графитаграфеноподобный материалникельникельсодержащий композитуглеродные нановолокнатрехмерная наноструктураgraphite oxidegraphene-like materialnickelnickel-based compositecarbon nanofibers3D nanostructureReferencesTarasov, B.P. [et al.] Hydrogen sorption properties of arc generated single-wall carbon nanotubes / B.P. Tarasov [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2003. – Vol. 356–357. – P. 510–514.Tarasov B.P., Maehlen J.P., Lototsky M.V., Muradyan V.E., Yartys V.A. Hydrogen sorption properties of arc generated single-wall carbon nanotubes. Journal of Alloys and Compounds. 2003;(356–357):510–514 (in Eng.).Тарасов, Б.П. Синтез, свойства и примеры ис-пользования углеродных наноматериалов / Б.П. Та-расов, В.Е. Мурадян, А.А. Володин // Известия АН, Cерия химическая. – 2011. – № 7. – С. 1237–1249.Tarasov B.P., Muradyan V.E., Volodin A.A. Sintez, svojstva i primery ispol’zovaniâ uglerodnyh nanomaterialov. Izvestiâ AN, Ceriâ himičeskaâ. 2011;(7):1237–1249 (in Russ.).Лукашев, Р.В. Получение и свойства водород-аккумулирующих композитов в системе MgH2–C / Р.В. Лукашев, С.Н. Клямкин, Б.П. Тарасов // Неорганические материалы. – 2006. – Т. 42. – № 7. – С. 803– 810.Lukashev R.V., Klyamkin S.N., Tarasov B.P. Polučenie i svojstva vodorod-akkumuliruûŝih kompozitov v sisteme MgH2–C. Neorganičeskie materialy. 2006;(42/7):803–810 (in Russ.).Tarasov, B.P. Metal-hydride accumulators and generators of hydrogen for feeding fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. – 2011. – Vol. 36. – No. 1. – P. 1196–1199.Tarasov B.P. Metal-hydride accumulators and generators of hydrogen for feeding fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy. 2011;(36/1):1196– 1199 (in Eng.).Ткачев, С.В. Графенновый углеродный нано-материал / С.В. Ткачев, Е.Ю. Буслаева, С.П. Губин // Неорганические материалы. – 2011. – Т. 47. – С. 5–14.Tkachev S.V., Buslaeva E.Yu., Gubin S.P. Grafen – novyj uglerodnyj nanomaterial. Neorganičeskie materialy. 2011;(47):5–14 (in Russ.).Obraztsov, A.N. [et al.]. Chemical vapor deposition of thin graphite films of nanometer thickness / A.N. Obraztsov [et al.] // Carbon. – 2007. – Vol. 45. – P. 2017–2021.Obraztsov A.N., Obraztsova E.A., Tyurnina A.V., Zolotukhin A.A. Chemical vapor deposition of thin graphite films of nanometer thickness. Carbon. 2007;(45):2017–2021 (in Eng.).Agnoli, S. Second generation graphene: Opportunities and challenges for surface science / S. Agnoli, G. Granozzi // Surface Science. – 2013. – Vol. 609. – P. 1–5.Agnoli S., Granozzi G. Second generation graphene: Opportunities and challenges for surface science. Surface Science. 2013;(609):1–5 (in Eng.).Li, F. [et al.]. Graphene oxide: A promising nano-material for energy and environmental applications / F. Li [et al.] // Nano Energy. – 2015. – Vol. 16. – P. 488– 515.Li F., Jiang X., Zhao J., Zhang Sh. Graphene oxide: A promising nanomaterial for energy and environmental applications. Nano Energy. 2015;(16)488–515 (in Eng.).Tjong, S.Ch. Recent progress in the development and properties of novel metal matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes and graphene nanosheets / S.Ch. Tjong // Materials Science and Engineering R. – 2013. – Vol. 74. – P. 281–350.Tjong S.Ch. Recent progress in the development and properties of novel metal matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes and graphene nanosheets. Materials Science and Engineering R. 2013;(74):281–350 (in Eng.).Navalon, S. [et al.]. Metal nanoparticles supported on two-dimensional graphenes as heterogeneous catalysts / S. Navalon [et al.] // Coordination Chemistry Reviews. – 2016. – Vol. 312. – P. 99–148.Navalon S., Dhakshinamoorthy A., Alvaro M., Garcia H. Metal nanoparticles supported on two-dimensional graphenes as heterogeneous catalysts. Coordination Chemistry Reviews. 2016;(312):99–148 (in Eng.).Axet, M.R. [et al.]. Coordination chemistry on carbon surfaces / M.R. Axet // Coordination Chemistry Reviews. – 2016. – Vol. 308. – P. 236–345.Axet M.R., Dechy-Cabaret O., Durand J., Gouygou M., Serp P. Coordination chemistry on carbon surfaces. Coordination Chemistry Reviews. 2016;(308):236–345 (in Eng.).Antolini, E. Graphene as a new carbon support for low-temperature fuel cell catalysts / E. Antolini // Applied Catalysis B: Environmental. – 2012. – Vol. 123–124. – P. 52– 68.Antolini E. Graphene as a new carbon support for low-temperature fuel cell catalysts. Applied Catalysis B: Environmental. 2012;(123–124):52– 68 (in Eng.).Wang, H. [et al.]. Nanocrystal growth on graphene with various degrees of oxidation / H. Wang // J. Am. Chem. Soc. – 2010. – Vol. 132. – P. 3270–3271. 14. Кущ, С.Д. [и др.]. Получение катализаторов гидрирования совместным восстановлением оксида графита и платины (IV) / С.Д. Кущ [и др.]. // Журнал физической химии. – 2013. – Т. 87. – №. 11. – P. 1824–1830.Wang H., Robinson J.T., Diankov G., Dai H. Nanocrystal growth on graphene with various degrees of oxidation. J. Am. Chem. Soc. 2010;(132):3270–3271 (in Eng.).Патент РФ МПК. 8: B01J 23/44, B01J 21/18, B01J 37/18. Палладийсодержащий катализатор гидрирования и способ его получения / Арбузов А.А., Клюев М.В., Калмыков П.А., Тарасов Б.П., Магдалинова Н.А., Мурадян В.Е. // Бюл. № 15. 2015. 6 с.Kushch S.D., Kuuynko N.S., Muradyan V.E., Tarasov B.P. Polučenie katalizatorov gidrirovaniâ sovmestnym vosstanovleniem oksida grafita i platiny (IV). Žurnal fizičeskoj himii. 2013;(87/11):1824–1830 (in Russ.).Клюев, М.В. [и др.]. Палладийсодержащий графеноподобный материал: синтез и каталитическая активность / М.В. Клюев // Журнал физической химии. – 2016. – Т. 90. – № 9. – С. 1331–1335.Arbuzov A.A., Klyuev M.V., Kalmykov P.A., Tarasov B.P., Magdalinova N.A., Muradyan V.E. Palladijsoderžaŝij katalizator gidrirovaniâ i sposob ego polučeniâ. Patent RF МPК. 8: B01J 23/44, B01J 21/18, B01J 37/18 // 2015, bul. no. 15, 6 p. (in Russ.).Bai, J. [et al.]. Nitrogen-doped graphene as catalysts and catalyst supports for oxygen reduction in both acidic and alkaline solutions / J. Bai // Int. J. Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38. – P. 1413–1418.Klyuev M.V., Arbuzov A.A., Magdalinova N.A., Kalmykov P.A., Tarasov B.P. Palladijsoderžaŝij grafenopodobnyj material: sintez i katalitičeskaâ aktivnost’. Žurnal fizičeskoj himii. 2016;(90/9):1331– 1335 (in Russ.).Тарасов, Б.П. Синтез, свойства и примеры использования углеродных наноматериалов / Б.П. Тарасов, В.Е. Мурадян, А.А. Володин // Известия АН. Серия химическая. – 2011. – № 7. – С. 1237–1249.Bai J., Zhu Q., Lu Zh., Dong H., Yu J., Dong L. Nitrogen-doped graphene as catalysts and catalyst supports for oxygen reduction in both acidic and alkaline solutions. Int. J. Hydrogen Energy. 2013;(38):1413– 1418 (in Eng.).Tang, Q. [et al.]. Preparation and supercapacitance performance of manganese oxidenanosheets/graphene/carbon nanotubes ternary composite film / Q. Tang // Electrochimica Acta. – 2014. – Vol. 125. – P. 488–496.Tarasov B.P., Muradyan V.E., Volodin A.A. Sintez, svojstva i primery ispol’zovaniâ uglerodnyh nanomaterialov. Izvestiâ AN. Seriâ himičeskaâ. 2011;(7):1237–1249 (in Russ.).Wang, Y.-Sh. [et al.]. Three-dimensionally porous graphene–carbon nanotube composite-supported Pt-Ru catalysts with an ultrahigh electrocatalytic activity for methanol oxida-tion / Y.-Sh. Wang [et al.] // Electrochimica Acta. – 2013. – Vol. 87. – P. 261–269.Tang Q., Sun M., Yu Sh., Wang G. Preparation and supercapaci-tance performance of manganese oxidenanosheets/graphene/carbon nanotubes ternary composite film. Electrochimica Acta. 2014;(125):488– 496 (in Eng.).Wang, Ch. [et al.]. Preparation of graphene– carbon nanotube–TiO2 composites withenhanced photocatalytic activity for the removal of dye and Cr (VI) / Ch. Wang [et al.] // Appl. Cat. A: General. – 2014. – Vol. 473. – P. 83–89.Wang Y.-Sh., Yang Sh.-Y., Li Sh.-M., Tien H.-W., Hsiao Sh.-T., Liao W.-H., Liu Ch.-H., Chang K.-H., Ma Ch.-Ch. M., Hu Ch.-Ch. Three-dimensionally porous graphene–carbon nanotube composite-supported Pt-Ru catalysts with an ultrahigh electrocatalytic activity for methanol oxidation. Electrochimica Acta. 2013;(87):261–269 (in Eng.).Chen, X. [et al.]. One-pot hydro-thermal synthesis of reduced graphene oxide/carbon nanotube/α-Ni(OH)2 composites for high performance electrochemical supercapacitor / X. Chen // Journal of Power Sources. – 2013. – Vol. 243. – P. 555–564.Wang Ch., Cao M., Wang P., Ao Y., Hou J., Qian J. Preparation of graphene–carbon nanotube–TiO2 composites withenhanced photocatalytic activity for the removal of dye and Cr (VI). Appl. Cat. A: General. 2014;(473):83–89 (in Eng.).Tai, Z. [et al.]. Enhancement of capacitance performance of flexible carbon nanofiber paper by adding graphene nanosheets / Z. Tai [et al.] // Journal of Power Sources. – 2012. – Vol. 199. – P. 373–378.Chen X., Chen X., Zhang F., Yang Z., Huang Sh. One-pot hydro-thermal synthesis of reduced graphene oxide/carbon nanotube/α-Ni(OH)2 composites for high performance electrochemical supercapacitor. Journal of Power Sources. 2013;(243):555–564 (in Eng.).Арбузов, А.А. [и др.] Синтез графеноподоб-ных наноструктур и формирование на их основе катализаторов и водород-аккумулирующих композитов / А.А. Арбузов // Известия АН, серия химическая. – 2016. – № 8. – С. 1893–1901.Tai Z., Yana X., Langa J., Xue Q. Enhancement of capacitance performance of flexible carbon nanofiber paper by adding graphene nanosheets. Journal of Power Sources. 2012;(199):373–378 (in Eng.).Арбузов, А.А. Композиты восстановленного оксида графита и никеля / А.А. Арбузов, С.А. Можжухин, Б.П. Тарасов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. № 3–4. – С. 24–34.Arbuzov A.A., Mozhzhuhin S.A., Volodin A.A., Fursikov P.V., Tarasov B.P. Sintez grafenopodobnyh nanostruktur i formirovanie na ih osnove katalizatorov i vodorod-akkumuliruûŝih kompozitov. Izvestiâ AN, seriâ himičeskaâ. 2016(8):1893–1901 (in Russ.).Arbuzov A.A., Mozhzhuhin S.A., Tarasov B.P. Kompozity vosstanovlennogo oksida grafita i nikelâ. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016(3–4):24–34 (in Russ.).Arbuzov A.A., Mozhzhuhin S.A., Tarasov B.P. Kompozity vosstanovlennogo oksida grafita i nikelâ. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016(3–4):24–34 (in Russ.).

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