«Физическая Химия — основа технологий и материалов»
Конкурс- конференция был организован кафедрой физической химии Санкт-Петербургского государственного технологического института (ТУ) совместно с секцией физической и коллоидной химии Российского общества имени Д.И. Менделеева.
В конференции приняли участие сотрудники лаборатории «Керамические и природные наноматериалы». Студентка второго курса магистратуры Анастасия Навроцкая презентовала работу «Синтез, свойства и применение гибридных материалов на основе углерода и наночастиц оксидов металлов» (Synthesis, properties and application of hybrid materials based on carbon and metal oxides nanoparticles). Работа под руководством Кривошапкиной Е.Ф. и Кривошапкина П.В. была высоко оценена жюри, магистрантка награждена Диплом III степени.
SCAMT поздравляет Анастасию Навроцкую и желает новых научных успехов!
Публикуем абстракт доклада молодого ученого:
Синтез, свойства и применение гибридных материалов на основе углерода и наночастиц оксидов металлов
Углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нановолокна (УНВ) привлекают внимание благодаря уникальным физико-химическим свойствам: большое соотношение длины и толщины (> 1000), нитевидное строение, которые обеспечивают высокие значения удельной поверхности. Превосходные механические, электрические, теплофизические и оптические свойства открывают перспективу для использования углеродных нанотрубок и нановолокон в качестве базы для создания гибридных систем, а также, в зависимости от природы модификатора, применения этих материалов в различных областях [1,2]. Работы, направленные на создание углерод - металлооксидных гибридов касаются, в основном, нескольких направлений. Во-первых, получение композиций углерода, коаксиально покрытого наночастицами оксидов металлов. Такие системы обеспечивают повышенные физические и физико-химические свойства, а также термическую и химическую защиту углеродных материалов. Во-вторых, армирование керамических матриц углеродными нановолокнами и нанотрубками, что позволяет улучшить прочностные характеристики. Перспективной областью использования неорганических гибридов на основе наноуглерода являются биосовместимые материалы, такие, как биотопливные ячейки. Они являются классом экологически чистых топливных элементов, которые превращают химическую энергию в электрическую путем биохимических преобразований. Процесс основан на окислении биотоплива на аноде и выделении электронов, которые восстанавливают кислород на катоде [3]. В настоящее время среди существующих типов биотопливных ячеек наиболее привлекательны ферментативные, так как они обладают высокой каталитической активностью, селективностью и повышенной выработкой энергии. Ключевым этапом создания идеального электрода для применения в биотопливных ячейках является эффективная иммобилизация ферментов. Растворенные ферменты обычно активны от нескольких часов до нескольких дней. Связывание фермента с поверхностью электрода может продлить время их действия до 7-20 дней, и даже до года [3]. Функционализированные углеродные наноматериалы демострируют превосходную пленкообразующую способность, хорошую адгезию, высокую механическую прочность, 39 способность к химическим взаимодействиям благодаря функциональным группам на поверхности и широко используются для иммобилизации ферментов. Улучшение работы биотопливных ячеек также связано с использованием гибридных биоэлектродов на основе наноуглеродных материалов. Нанесение на поверхность углерода металлических или керамических наночастиц увеличивает скорость катализа и процесс переноса электронов. В ходе данной работы были синтезированы гибридные системы методом ex situ на основе углеродных нанотрубок и нановолокон. На них были нанесены наноразмерные частицы оксидов металлов, как оксид железа (III) и диоксид титана, синтезированные зольгель методом. Изображения просвечивающей электронной микроскопии гибридов на основе углеродных нановолокон демонстрируют коаксиальное покрытие наночастиц оксидов металлов на поверхности углерода.
Исследованы морфология и структура полученных материалов при помощи методов сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Изучен характер пористой структуры по модели БЭТ, а также адсорбционные свойства по отношению к ионам тяжелых металлов.
Литература:
[1] D. Eder Carbon nanotube− inorganic hybrids // Chemical reviews. 2010. Т. 110. №. 3. P. 1348-1385.
[2] J. Huang, Y. Liu, T. You. Carbon nanofiber based electrochemical biosensors: A review // Analytical Methods. 2010. Т. 2. №. 3. P. 202-211.
[3] A.A. Babadi, S. Bagheri, S.B.A. Hamid. Progress on implantable biofuel cell: Nano-carbon functionalization for enzyme immobilization enhancement // Biosensors and Bioelectronics. 2016. Т. 79. P. 850-860