09.07.2024

  Нарушение кристаллической симметри...

Нарушение кристаллической симметрии -ключевой фактор улучшения функционализации МУНТ

Сотрудники лаборатории физики нелинейных сред ИФПМ СО РАН совместно с коллегами из Саратова, Омска, Санкт-Петербурга и Москвы изучили влияние легирования азотом, ионного облучения и различных деформаций на карбоксильную функционализацию многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ).

Исследование влияния постобработок на структуру МУНТ проводилось методами TEM, КР, XPS и NEXAFS. В результате проведенного анализа показано, что облучение ионным пучком и легирование азотом МУНТ приводит к уменьшению размеров кристаллитов с 17.3 нм в исходных МУНТ до 3.8 нм в модифицированных, появлению дефектов Стоуна-Уэльса, областей деформации и кислородной функционализации поверхности.

На основе экспериментальных данных о структуре с использованием метода SCC DFTB были построены атомные суперячейки легированных азотом МУНТ до и после облучения, количественно оценены атомные перестройки, электронные структуры, перенос заряда, полные энергии, а также силы и энергетические барьеры, связанные с образованием COOH-групп. Обнаружено, что нарушения кристаллической симметрии, индуцированные деформациями, легированием азотом, облучением ионным пучком изменяя физико-химические свойства поверхности МУНТ, создают необходимые условия для их карбоксильной функционализации.  Кроме того, торсионная деформация в облученных МУНТ дополнительно снижает барьер образования карбоксильных групп в 2.5 раза по сравнению с недеформированными образцами, а гидроксильные группы в торсионно деформированных облученных МУНТ в присутствии карбонильных групп присоединяются безбарьерно.

Полученные результаты открывают новые возможности для применения функционализированных МУНТ в хранении энергии, сенсорике, улучшении механической стабильности и биомедицине, где важна улучшенная адсорбция гидроксильных групп.


 Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, номер FWRW-2022-0002. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом журнале «Synthetic Metals», (Q1).

Broken crystal symmetry of MWCNTs as the key factor in improvement of carboxyl functionalization, Bobenko, N.G.; Shunaev, V.V.; Korusenko, P.M.; Egorushkin, V.E.; Glukhova, O.E.A. Giraud, D. Grgic // Synt.Met. – 2024. – Vol. 307. – P. 117677 https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2024.117677.

Назад