Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc trưng cấu trúc và hành vi từ tính của các hạt nano niken được bao bọc trong carbon xốp từ gỗ đơn khối
Tóm tắt
Chúng tôi báo cáo một phương pháp mới thân thiện với môi trường và đơn giản để sản xuất các composite từ tính monolithic C/Ni với các hạt nano niken (NiNPs) bao gồm ma trận carbon cực kỳ xốp và các hạt nano Ni được tách biệt tốt được bao bọc bởi các lớp vỏ giống như đồ thị. Phương pháp này dựa trên sự carbon hóa của gỗ với sự bổ sung của nitrat niken và sản phẩm phân hủy của gỗ (nhựa), được sử dụng làm chất kết dính. Các đặc điểm cấu trúc cụ thể và các thuộc tính từ tính của các composite C/NiNPs được nghiên cứu một cách hệ thống. Chúng tôi đã chứng minh sự thay đổi kích thước trung bình của các hạt NiNPs từ khoảng 9 đến khoảng 18 nm và tính chất từ tính của chúng từ trạng thái siêu từ đến trạng thái ferromagnetic bằng cách thay đổi nhiệt độ nhiệt phân. Độ từ hóa vĩ mô 3,5 emu/g (38 emu/g(Ni)) của các nanocomposite xốp monolithic thu được với một lượng nhỏ niken (8,8 wt.%) trong trường từ thấp và hành vi ferromagnetic của chúng ở nhiệt độ phòng làm cho chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến tách từ (catalysis dị thể, hấp phụ các chất ô nhiễm trong môi trường nước, v.v.). Độ từ hóa tối đa 38 emu/g(Ni) của các hạt NiNPs được bao bọc trong carbon ngang bằng và thậm chí vượt một chút so với các hạt nano niken tương tự theo cấu trúc lõi-vỏ được tạo ra bằng các phương pháp khác. Câu hỏi cơ bản nảy sinh là liệu có thể đạt được độ từ hóa cho các hạt NiNPs được bao bọc trong carbon tương tự như trong niken khối hay không.
Từ khóa
#composite từ tính #hạt nano niken #carbon xốp #nhiệt phân #hành vi từ tính #huyền phù xử lý #ứng dụng tách từ.Tài liệu tham khảo
Lu AH, Salabas EL, Schüth F (2007) Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angew Chem Int Ed 46(8):1222–1244. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06127-2
Gupta AK, Gupta M (2005) Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 26(18):3995–4021. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.10.012
Rocha-Santos TA (2014) Sensors and biosensors based on magnetic nanoparticles. TrAC Trends Anal Chem 62:28–36. https://doi.org/10.1016/j.trac.2014.06.016
Dumitrescu AM, Lisa G, Iordan AR, Tudorache F, Petrila I, Borhan A, Palamaru M, Mihailescu C, Leontie L, Munteanu C (2015) Ni ferrite highly organized as humidity sensors. Mater Chem Phys 156:170–179. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.02.044
Wang Ch, Murugadoss V, Kong J, He Zh, Mai X, Shao Q, Chen Y, Guo L, Liu Ch, Angaiah S, Guo Zh (2018) Overview of carbon nanostructures and nanocomposites for electromagnetic wave shielding. Carbon 140:696–733. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.09.006
Doyle PS, Bibette J, Bancaud A, Viovy JL (2002) Self-assembled magnetic matrices for DNA separation chips. Science 295:2237. https://doi.org/10.1126/science.1068420
Oliveira LCA, Rios RVRA, Fabris JD, Garg V, Sapag K, Lago RM (2002) Activated carbon/iron oxide magnetic composites for the adsorption of contaminants. Carbon 40:2177–2183. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(02)00076-3
Lu AH, Li EC, Matoussevitch N, Spliethoff B, Bonnemann H, Schuth F (2005) Highly stable carbon-protected cobalt nanoparticles and graphite shells. Chem Commun 1:98–100. https://doi.org/10.1039/B414146F
Wang ZH, Choi CJ, Kim BK, Kim JC, Zhang ZD (2003) Characterization and magnetic properties of carbon-coated cobalt nanocapsules synthesized by the chemical vapor condensation process. Carbon 41(9):1751–1758. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(03)00127-1
Ang KH, Alexandrou I, Mathur ND, Amaratunga GAJ, Haq S (2004) The effect of carbon encapsulation on the magnetic properties of Ni nanoparticles produced by arc discharge in de-ionized water. Nanotechnology 15:520–524. https://doi.org/10.1088/0957-4484/15/5/020
Park JB, Jeong SH, Jeong MS, Kim JY, Cho BK (2008) Synthesis of carbon-encapsulated magnetic nanoparticles by pulsed laser irradiation of solution. Carbon 46:1369–1377. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.05.011
Makarewicz M, Podsiadly M, Balanda M (2009) Magnetic investigation of carbon coated Co- Ni- and Fe-nanoparticles. Acta Phys Pol A 115(2):568–571. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.115.568
He CN, Du XW, Ding J, Shi CS, Li JJ, Zhao NQ, Cui L (2006) Low temperature CVD synthesis of carbon-encapsulated magnetic Ni nanoparticles with a narrow distribution of diameters. Carbon 44:2330–2356. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2006.05.034
Gorria P, Sevilla M, Blanco JA, Fuertes AB (2006) Synthesis of magnetically separable adsorbents through the incorporation of protected nickel nanoparticles in an activated carbon. Carbon 44:1954–1957. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2006.02.013
Wanga DW, Li F, Lub GQ, Cheng HM (2008) Synthesis and dye separation performance of ferromagnetic hierarchical porous carbon. Carbon 46:1593–1599. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.06.052
Fernandez-García MP, Gorria P, Sevilla M, Proenca MP, Boada R, Chaboy J, Fuertes AB, Blanco JA (2011) Enhanced protection of carbon-encapsulated magnetic nickel nanoparticles through a sucrose-based synthetic strategy. J Phys Chem C 115:5294–5300. https://doi.org/10.1021/jp109669t
El-Gendy AA, Ibrahim EMM, Khavrus VO, Krupskaya Y, Hampel S, Leonhardt A, Buchner B, Klingeler R (2009) The synthesis of carbon coated Fe, Co and Ni nanoparticles and an examination of their magnetic properties. Carbon 47:2821–2828. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.06.025
Sun XC, Dong XL (2002) Magnetic properties and microstructure of carbon encapsulated Ni nanoparticles and pure Ni nanoparticles coated with NiO layer. Mater Res Bull 37(5):991–1004. https://doi.org/10.1016/S0025-5408(02)00702-X
Gutierrez-Pardo A, Ramirez-Rico J, de Arellano-Lopez AR, Martinez-Fernandez J (2014) Characterization of porous graphitic monoliths from pyrolyzed wood. J Mater Sci 49:7688–7696. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8477-8
Orlova TS, Spitsyn AA, Ponomarev DA, Kirilenko DA, Romanov AE (2019) A new hybrid material: monolithic biomorphic carbon/nickel nanoparticles for energy storage devices. Tech Phys Lett 45(8):809–813. https://doi.org/10.1134/S1063785019080297
Johnson MT, Faber KT (2011) Catalytic graphitization of three-dimensional wood-derived porous scaffolds. J Mater Res 26(1):18–25. https://doi.org/10.1557/jmr.2010.88
Gutierrez-Pardo A, Ramirez-Rico J, Cabezas-Rodriguez R, Martinez-Fernandez J (2015) Effect of catalytic graphitization on the electrochemical behavior of wood derived carbons for use in supercapacitors. J Power Sources 278:18–26. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.12.030
Chu KN, Spitsyn AA, Romanenko KA, Ponomarev DA (2018) Steam-gas activation of charcoal from bamboo. Lesnoy Zhurnal 4:140–149. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.4.140
R. Ripan, I. Chetyanu. Inorganic chemistry. Chemistry of metals. Vol. 2. Moscow: Mir. (1972) 871 p. (In Russian)
T.S. Orlova, V.V. Shpeizman, N.V. Glebova, A.A. Nechitailov, A.A. Spitsyn, D.A. Ponomarev, A. Gutierrez-Pardo, J. Ramirez-Rico (2018) Enviromentally friendly monolithic highly-porous biocarbons as binder-free supercapacitor electrodes. Rev. Adv. Mater. Sci. 55:50–60. https://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_15518/06_15518_orlova.pdf
Sinclair R, Itoh T, Chin R (2002) In situ TEM studies of metal-carbon reactions. Microsc Microanal 8(4):288–304. https://doi.org/10.1017/S1431927602020226
Sevilla M, Sanchis C, Valdes-Solis T, Morallon E, Fuertes AB (2007) Synthesis of graphitic carbon nanostructures from sawdust and their application as electrocatalyst supports. J Phys Chem C 111(27):9749–9756. https://doi.org/10.1021/jp072246x
Makarova TL (2004) Magnetic properties of carbon structures. Semiconductors 38(6):615–638. https://doi.org/10.1134/1.1766362
Rode AV, Gamaly EG, Christy AG, Fitz Gerald J, Hyde ST, Elliman RG, Luther-Davies B, Veinger AI, Androulakis J, Giapintzakis J (2005) Strong paramagnetism and possible ferromagnetism in pure carbon nanofoam produced by laser ablation. J Magn Magn Mater 290:298–301. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.11.213
Schaefer H-E, Kisker H, Kronmuller H, Wurschum R (1992) Magnetic properties of nanocrystalline nickel. Nano Struct Mater 1:523–529. https://doi.org/10.1016/0965-9773(92)90085-C
Gubin SP, Koksharov YuA, Khomutov GB, Yurkov GY (2005) Magnetic nanoparticles: preparation, structure and properties. Russ Chem Rev 74:489–514. https://doi.org/10.1070/RC2005v074n06ABEH000897
A.M. Prudnikov, R.V. Shalaev, A.I. Linnik, V.N. Varyukhin, M.I. Pasko (2016) The role of carbon in the formation of nanostructure and magnetic properties of hybrid Ni – C films Fizika i technika vysokih davlenii 26(1–2):46–58. http://nbuv.gov.ua/UJRN/PhTVD_2016_26_1-2_6 (In Russian)
S.I. Novikov. A.S. Konev, M.A. Uymin M., A.E. Ermakov, D.V. Privalova, V.V. Maikov (2017) Magnetic properties of Ni@C nanocomposites. Int J Appl Fundam Res, 12:247–251. https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12028 (In Russian)
Tsurin VA, Ye A, Yermakov MA, Uimin AA, Mysik NN, Shchegoleva VSG, Maikov VV (2014) Synthesis, structure, and magnetic properties of iron and nickel nanoparticles encapsulated into carbon. Phys Solid State 56(2):287–301. https://doi.org/10.1134/S1063783414020309
Kumar A, Tandon RP, Awana VPS (2012) Successive spin glass, cluster ferromagnetic, and superparamagnetic transitions in RuSr2Y1.5Ce0.5Cu2O10 complex magneto-superconductor. Eur Phys J B 85:1–10. https://doi.org/10.1140/epjb/e2012-30075-5
Liu X, Huang K, Zhou S, Zhao P, Meridor U, Frydman A, Gedanken A (2006) Phase transition from the ferromagnetic to superparamagnetic with a loop shift in 5-nm nickel particles. J Magn Magn Mater 305:504–508. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.02.091
Chien CL (1991) Granular magnetic solids. J Appl Phys 69(8):5267–5272. https://doi.org/10.1063/1.348946
Hansen MF, Morup S (1999) Estimation of blocking temperatures from ZFC/FC curves. J Magn Magn Mater 203:214–216. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(99)00238-3