Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Использование процессов гидрирования молекулы фуллерена С60 для изучения особенностей ее существования и трансформации

Полный текст:

Аннотация

Понимание механизма образования и поведения молекулы фуллерена на всех стадиях синтеза и в различных агрегатных состояниях является ключевым моментом в раскрытии возможностей процессов синтеза и применения фуллеренов, так как оно позволит сознательно управлять этими процессами. В статье приведены результаты экспериментальных исследований особенностей существования фуллерена С60 в трех агрегатных состояниях. Изучены особенности формирования и поведения молекул С60 в газовой фазе и в растворах. Показано, что молекула фуллерена состоит из пятиатомных молекул, имеет свою собственную spx-гибридизацию, и по этой причине фуллерен следует рассматривать в качестве новой аллотропной модификации углерода. Установлено, что при температурах выше 250 К молекулы фуллерена в растворах существуют в двух состояниях: β и γ. Дуализм молекулы фуллерена позволяет формировать коллоидные растворы в γ-состоянии. Показано, что кристаллизация фуллерена в трех различных формах является следствием ее существования в виде трех стабильных изомеров. Предложена пространственная схема аллотропных модификаций углерода на двух уровнях организации.

Об авторах

Дмитрий Викторович Щур
Институт проблем материаловедения НАН Украины
Россия


Светлана Юрьевна Загинайченко
Институт проблем материаловедения НАН Украины
Россия


Т. Н. Везироглу
Университет Майами; Международная ассоциация по водородной энергетике США
Россия


Список литературы

1. Kroto H.W., Heath J.R., O’Brien S.C., Curl R.F., Smalley R.E. C60: Buckminsterfullerene // Nature. 1985. Vol. 318, No 6042. P. 162-163.

2. Kratschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K., Huffman D.R. Solid C60: A new form of carbon // Nature. 1991. Vol. 347. P. 354-358.

3. Kroto H.W. The stability of the fullerenes Cn with n = 24, 28, 32, 36, 50, 60 and 70 // Nature. 1987. Vol. 329. P. 529-531.

4. Kroto H.W. C60 fullerenes, giant fullerenes and soot // Pure Appl. Chem. 1990. Vol. 62. P. 407-415.

5. Kroto H.W., Fischer J.E., Cox D.E. (eds.). The fullerenes. 1st. ed. - Oxford, GB: Pergamon Press Ltd., 1993.

6. Kroto H. Symmetry, space, stars and C60 // Rev. Mod. Phys. 1997. Vol. 69, No 3. P. 703-722.

7. Smalley R.E. Discovering the fullerenes // Rev. Mod. Phys. 1997. Vol. 69, No 3. P. 723-730.

8. Curl R.F., Smalley R.E. Probing C60 // Science. 1988. Vol. 242. P. 1017-1022.

9. Osawa E. Superaromaticity. Kagaku (Kyoto). 1970. Vol. 25. P. 854-863 (In Japanese).

10. Бочвар Д.А., Гальперн Е.Г. О гипотетических системах: карбододекаэдре, х-икосаэдране и карбо-s-икосаэдре // ДАН СССР. 1973. Т. 209, № 3. С. 610-612.

11. Shigematsu K., Abe K., Mitani M., Tanaka K. Catalytic hydrogenation of fullerene C60 // Chem. Express. 1992. Vol. 7, No 12. P. 37-40.

12. Hirsch A.H. The chemistry of the fullerenes. Stuttgart: Georg. Thieme Verlag, 1994.

13. Лобач А. С., Тарасов Б.П., Шульга Ю.М., Перов А.А., Степанов А.Н. Реакция D2 с фуллеридом палладия С60P4.9 // Известия РАН. Сер. хим. 1996. Т. 45, № 2. С. 483-484.

14. Drelinkiewicz A., Byszewski P., Bielanski A. Catalytic hydrogenation of C60 fullerene // React. Kinet. Catal. Lett. 1996. Vol. 59, No 1. P. 19-27.

15. Nozu R., Matsumoto O. Hydrogenation of C60 by electrolysis of KOH-H2O solution // J. Electrochem. Soc. 1996. Vol. 143, No 6. P. 1919-1923.

16. Rao A.M., Eklund P.C., Venkateswaran U.D., Tucker J., Dunkan M.A., et al. Properties of C60 polymerized under high pressure and temperature // Appl. Phys. 1997. Vol. A64, No 3. P. 231-239.

17. Tarasov B.P., Fokin V.N., Moravsky A.P., Shul’ga Yu.M., Yarty’s V.A., Schur D.V. Promotion of fullerene hydride synthesis by intermetallic compounds. In: Proc. 12th World Hydrogen Energy Conference. Buenos Aires, Argentina. 1998. Vol. 2. P. 1221-1230.

18. Dresselhaus M.S., Williams K.A., Eklund P.C. Hydrogen absorption in carbon materials // MRS Bulletin. 1999. Vol. 24, No 11. P. 45-50.

19. Goldshleger N.F., Tarasov B.P., Shul'ga Yu.M. et.al. Interaction of platinum fulleride C60Pt with deuterium: IR and X ray photoelectron studies. In: Kadish K.M., Kamat P.V., Guldi D. (eds.) Fullerenes. Recent Advances in the Chemistry and Physics of Fullerenes and Related Materials. Pennington, NJ: The Electrochemical Society. 1999. No 7. P. 647-652.

20. Osaki T., Tanaka T., Tai Y. Hydrogenation of C60 on alumina-supported nickel and thermal properties of C60H36 // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. Vol. 1. P. 2361-2366.

21. Kornilov M.Yu., Ljubchuk T.V., Isaev S.D., Panasyuk H., Chernogorenko V.B., Schur D.V. Perhydrofullerenes as accumulators of hydrogen // Molecular Materials. 2000. Vol. 13. P. 285-290.

22. Shul'ga Yu.M., Tarasov B.P., Koshyk D., Drahan V., Zaginaichenko S.Yu. Hydride method of C60 fullerite production with “enlarged” fcc lattice. In: Proceed. Int. Symp. “Metal-Hydrogen Systems”, Australia, Queensland, Noosa. 2000. P. 196.

23. Щур Д.В. Физико-химические закономерности процессов синтеза, экстракции, кристаллизации и применения фуллерена С60. Диссертация на соискание научной степени доктора хим. наук по специальности 02.00.04 - физическая химия: Киев. Украина. 2014. 336 с.

24. Alekseyev N.I., Dyuzhev G.A. Fullerene formation in an arc discharge // Carbon. 2003. Vol. 41, No 7. P. 1343-1348.

25. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Veziroglu T.N. Peculiarities of hydrogenation of pentatomic cafbon molecules in the frame of fullerene molecule C60 // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. Vol. 33, No 13. P. 3330-3345.

26. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Lysenko E.A. et. al. The forming peculiarities of C60 molecule. In: Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2008. P. 53-66.

27. Щур Д.В., Матысина З.А., Загинайченко С.Ю. Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них. Днепропетровск: «Наука и образование», 2007. 678 с.

28. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Veziroglu T.N., Javadov N.F. The peculiarities of hydrogenation of fullerene molecules C60 and their transformation (chapter 17). In: Proc. of NATO ARW on the Black Sea: Strategy for Addressing its Energy Resource Development and Hydrogen Energy Problems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2013. P. 191-204.

29. Rohlfing E.A., Cox D.M., Kaldor A.J. Production and characterization of supersonic carbon cluster beams // J. Chem. Phys. 1984. Vol. 81, No 7. P. 3322-3330.

30. Beavers C.M. An improbable, egg-shaped endohedral fullerene that violates the isolated pentagon rule // J. Am. Chem. Soc. 2006. Vol. 128. P. 11352-11353.

31. Матысина З.А., Щур Д.В. Водород и твердофазные превращения в металлах, сплавах и фуллеритах. Днепропетровск: «Наука и образование», 2002. 419 с.

32. Schur D.V., Tarasov B.P., Shul’ga Yu.M., Zaginaichenko S.Yu., et. al. Hydrogen in fullerites // Carbon. 2003. Vol. 41, No 7. P. 1331-1342.

33. Матысина З.А., Загинайченко С.Ю., Щур Д.В. Теоретическое исследование перехода между фазами ПК ОЦК типа при насыщении фуллеритов водородом // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2002. № 1. C. 49-55.

34. Шульга Ю.М., Мартыненко В.М., Тарасов Б.П., Щур Д.В. и др. О термическом разложении дейтерофуллерита C60D19 // Физика твердого тела. 2002. Т.44, № 3. С. 522-523.

35. Tarasov B.P., Shul’ga Yu.M., Fokin V.N., Schur D.V. et al. Deuterofullerene C60D24 studied by XRD, IR and XPS // J. Alloys Compd. 2001. Vol. 314, No 1-2. P. 296-300.

36. Schur D.V., Tarasov B.P., Shul’ga Yu.M., Zaginaichenko S.Yu., Matysina Z.A. Research of fullerites hydrogen capacity. In: Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic Publishers. 2002. P. 1-18.

37. Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Матысина З.А. Эффекты стимулирования растворимости водорода в фуллерите С60 // Наносистемы, Наноматериалы и Нанотехнологии. 2007. Т. 5, № 2. С. 385-408.

38. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Savenko A.F., Bogolepov V.A. Experimental evaluation of total hydrogen capacity for fullerite // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, No 1. P. 1143-1151.

39. Савенко А.Ф., Полищук М.А., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю. и др. Гидрофуллерит С60Н60 // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2013. Т. 11, № 1. С. 141-160.

40. Кульберг Л.М., Фильтерзон Г.С., Вельтман Р.П. Капельный анализ. Москва: Гос. научно-техн. изд-во хим. литературы, 1951. 684 с.

41. Матысина З.А., Загинайченко С.Ю., Щур Д.В., Джавадов Н.Ф. Растворимость фуллерита C60 в органической матрице // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2009. Т. 7, № 3. С. 671-681.

42. Матысина З.А., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю. Твердофазные превращения в фуллерите, стимулированные перестройкой структуры фуллереновых молекул // Металлофизика и Новейшие Технологии. 2009. Т. 31, № 7. С. 987-1000.

43. David W.I.F., Ibberson R.M., Dennis T.J.S., Hare J.P., Prassides K. Structural phase transitions in the fullerene C60 // Europhys. Lett. 1992. Vol. 18, No 3. P. 219-225.

44. Аникина Н.С., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Кривущенко О.Я., Полищук М.А., Чимбай Л.Л. Закономерности растворения фуллерена С60 в полиметилзамещенных бензола // Наносистемы, Наноматериалы, Нанотехнологии. 2013. Т. 11, № 1. С. 173-192.

45. Ruoff R.S., Malhotra R., Huestis D.L., Tse D.S., Lorents D.C. Anomalous solubility behavior of C60 // Nature. 1993. Vol. 362, No 6416. P. 140-141.

46. Sawamura S., Fujita N. High-pressure solubility of fullerene C60 in toluene // Carbon. 2007. Vol. 45, No 5. P. 965-970.

47. Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Шульга Ю.М., Аникина Н.С., Полищук М.А. Изучение особенностей процесса высаливания фуллерита из насыщенного раствора С60 в толуоле. I. Ламинарное смешивание реагентов // Наносистемы, Наноматериалы, Нанотехнологии. 2013. Т.11, № 4. С.815-832.

48. Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Котко А.В., Аникина Н.С., Каменецкая Е.А. Изучение особенностей процесса высаливания фуллерена из насыщенного раствора С60 в толуоле. II. Турбулентное смешивание реагентов // Наносистемы, Наноматериалы, Нанотехнологии. 2013. Т. 11, № 4. С. 832-861.

49. Аникина Н.С., Кривущенко О.Я., Мильто О.В., Золотаренко Е.П., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю. Взаимодействие растворимых углеродных наноструктур с ароматическими растворителями // Наносистемы, Наноматериалы, Нанотехнологии. 2013. Т. 11, № 1. С. 193-216.

50. Anikina N.S., Krivuschenko O.Ya., Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Kamenetskaia E.A. Special features and regularities of interaction between fullerene molecules and aromatic solvents (chapter 4). In: Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2011. P. 53-74.

51. Anikina N.S., Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Krivuschenko O.Ya., Kale A. Investigation of mechanism of fullerene dissolution in aromatical hydrocarbons. In: Hydrogen Materials Science and Chemistry of Caibon Nanomaterials. -Dordrecht, Netherlands: Springer. 2007. P. 19-36.

52. Khotynenko N.G., Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu. et al. On electrochemical deposition of fullerenes and their compounds from solutions. In: Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. -Dordrecht, Netherlands: Springer. 2007. P. 287-299.

53. Wang Y., Holden J.M., Bi X.X., Eklund P.C. Thermal decomposition of polymeric C60 // Chem. Phys. Lett. 1994. Vol. 217, No 4. P. 413-417.

54. Eklund P.C., Rao A.M., Zhou P., Wang Y., Holden J.M. Photochemical transformation of C60 and C70 films // Thin Sol. Films. 1995. Vol. 257, No 2. P. 185-203.

55. Pusztai T., Oszlanyi G., Faigel G. et. al. Bulk structure of phototransformed C60 // Sol. St. Commun. 1999. Vol. 111, No 11. P. 595-599.

56. Загинайченко С.Ю., Матысина З.А., Щур Д.В. Статистическая теория фото- и электрополимеризации фуллеренов // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2012. Т. 10, № 4. С. 731-745.

57. Лебедев Б.В., Жогова К.Б., Быкова Т.А., Каверин Б.С., Лопатин М.А. Термодинамика фуллерена С60 в области 0-340 К. // Известия РАН. Сер. хим. 1996. Т. 45, № 9. С. 2229-2233.

58. Щур Д.В., Дубовой А.Г., Аникина Н.С., Загинайченко С.Ю. и др. Получение высокодисперсных порошков фуллеритов методом высаливания // Труды VII Межд. конф. «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов», 16-22 сентября 2001. Алушта, Крым, Украина. С. 478-486.

59. Schur D.V., Tarasov B.P., Zaginaichenko S.Yu., Veziroglu T.N., Shul’ga Yu.M. et. al. The prospects for using of carbon nanomaterials as hydrogen storage systems // Int. J. Hydrogen Energy. 2002. Vol. 27, No 10. P. 1063-1069.

60. Патент на изобретение № 48455 А, Украина 15.08.2002 Способ получения фуллеренов из растворов в толуоле / Трефилов В.И., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Дубовой А.Г. и др. // Бюл. № 8, 2002.

61. Патент на изобретение № 48455, Украина 15.12.2004 Способ выделения фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи / Трефилов В.И., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Дубовой А.Г. и др. // Бюл. № 12, 2004.

62. Шульга Ю.М., Мартыненко В.М., Баскаков С.А., Скокан Е.В., Щур Д.В. и др. Получение фуллеритов методом осаждения фуллеренов спиртами из растворов толуола // Труды VIII Межд. конф. «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов», 14-20 сентября 2003. Судак, Крым, Украина. С. 582-585.

63. Шульга Ю.М., Мартыненко В.М., Поляков С.Н., Щур Д.В. и др. Фуллерит интеркалированный аргоном при комнатной температуре: синтез и физико-химические свойства // Журнал Неорг. Химии. 2009. Т. 54, № 3. С. 387-392.

64. Шульга Ю.М., Разумов В.Ф., Баскаков С.А., Петинов В.И., Щур Д.В. Влияние ультразвуковой обработки растворов С60 на кристаллическую структуру осажденного фуллерита // Журнал Физ. Химии. 2006. Т. 80, № 4. С. 758-762.

65. Shul’ga Yu.M., Baskakov S.A., Morozov Y.G., Schur D.V. et. al. Gas interstitial fullerenes precipitated from the solution of C60 in 1,2-dichlorobenzene. In: Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2007. P. 41-52.

66. Val’ba O.V., Anokhin E.M., Maksimychev A.V., Michtchenko A., Schur D.V., Shul’ga Yu.M. The temperature dependence of chemical shifts of individual peaks in the 13C NMR spectrum of the fullerite С60, doped with molecular oxygen (chapter 12). In: Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2011. P. 151-157.

67. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Lysenko E.A., Golovchenko T.N. The forming peculiarities of C60 molecule In: Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2008. P. 53-66.

68. Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu., Matysina Z.A. The special features of formation of carbon nanostructures, their classification and site on the state diagram of carbon. In: Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. Dordrecht, Netherlands: Springer. 2008. P. 67-83.

69. Haddon R.C. π-Electrons in three dimensions // Acc. Chem. Res. 1988. Vol. 21, No 6. P. 243-249.

70. Heimann R.B., Evsyukov S.E., Koga Y. Carbon allotropes: a suggested classification scheme based on valence orbital hybridization // Carbon. 1997. Vol. 35. P. 1654-1658.


Для цитирования:


Щур Д.В., Загинайченко С.Ю., Везироглу Т.Н. Использование процессов гидрирования молекулы фуллерена С60 для изучения особенностей ее существования и трансформации. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2014;(21):12-42.

For citation:


Schur D.V., Zaginaichenko S.Y., Veziroglu T.N. Investigation of Peculiarities of Fullerene C60 Molecule Existence and Transformation with the Use of Its Hydrogenation processes. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(21):12-42. (In Russ.)

Просмотров: 84


ISSN 1608-8298 (Print)