Синтез наночастиц карбида железа в непрерывном режиме методом индукционной потоковой левитации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получены наночастицы карбида железа Fe3C и наночастицы железа, покрытые пленкой из карбида железа (Fe@Fe3C), из объемного образца железа методом индукционной потоковой левитации. Данный метод имеет ряд преимуществ: высокая производительность (до 100 г/ч), непрерывность процесса, бесконтактный нагрев до 2500°С, отсутствие вредных выбросов. Размер полученных наночастиц составил менее 24 нм. Для получения наночастиц карбида железа использовали два реагента (ацетилен и гексан), наночастицы Fe@Fe3C со структурой “ядро/оболочка” были получены при взаимодействии сконденсированных наночастиц с ацетиленом в кварцевом реакторе, средний размер ядра составил 7 нм. Все полученные наночастицы были охарактеризованы различными физико-химическими методами: ПЭМ, РФА, БЭТ, STSA, ДРС.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Капинос

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

А. Н. Марков

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

Е. С. Докин

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

П. П. Грачев

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

А. В. Емельянов

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

А. В. Поплавский

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

К. А. Чередниченко

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) им. И. М. Губкина

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, Ленинский пр., 65, корп. 1, Москва, 119991

И. А. Фанар

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

А. Н. Петухов

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

А. В. Воротынцев

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.kapinos@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, корп. 5, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. Jamkhande P.G., Ghule N.W., Bamer A. H. et al. Metal Nanoparticles Synthesis: An Overview on Methods of Preparation, Advantages and Disadvantages, and Applications // J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2019. V. 53. P. 101174. https://doi.org/10.1016/J.JDDST.2019.101174
  2. Guo D., Xie G., Luo J. Mechanical Properties of Nanoparticles: Basics and Applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 47. P. 013001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/1/013001
  3. Miranzadeh M., Kassaee M.Z. Solvent Effects on Arc Discharge Fabrication of Durable Silver Nanopowder and Its Application as a Recyclable Catalyst for Elimination of Toxic P-Nitrophenol // Chem. Eng. J. 2014. V. 257. P. 105–111. https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2014.06.088
  4. Kang W.J., Cheng C.Q., Li Z. et al. Ultrafine Ag Nanoparticles as Active Catalyst for Electrocatalytic Hydrogen Production // ChemCatChem. 2019 V. 11. № 24. P. 5976–5981. https://doi.org/10.1002/CCTC.201901364
  5. Ahghari M.R., Soltaninejad V., Maleki A. Synthesis of Nickel Nanoparticles by a Green and Convenient Method as a Magnetic Mirror with Antibacterial Activities // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 12627. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69679-4
  6. Álvarez-Chimal R., Arenas-Alatorre J.Á. Green Synthesis of Nanoparticles. A Biological Approach. 2023. https://doi.org/10.5772/intechopen.1002203
  7. Cele T., Cele T. Preparation of Nanoparticles // Eng. Nanomater – Health Safety. 2020. V. 12. № 10. P. 1–14. https://doi.org/10.5772/INTECHOPEN.90771
  8. Narayanan R., El-Sayed M.A. Shape-dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles in Colloidal Solution // Nano Lett. 2004. V. 4. № 7. P. 1343–1348. https://doi.org/ 10.1021/nl0495256
  9. Govan J., Gun’ko Y.K. Recent Advances in the Application of Magnetic Nanoparticles as a Support for Homogeneous Catalysts // Nanomaterials. 2014. V. 4. № 2. P. 222–241. https://doi.org/10.3390/NANO4020222
  10. Hanemann T., Szabó D.V. Polymer-Nanoparticle Composites: From Synthesis to Modern Applications // Materials. 2010. V. 3. № 6. P. 3468–3517. https://doi.org/10.3390/MA3063468
  11. Kritika N., Roy I. Therapeutic Applications of Magnetic Nanoparticles: Recent Advances // Mater. Adv. 2022. V. 3. № 20. P. 7425–7444. https://doi.org/10.1039/D2MA00444E
  12. Holzinger M., Le Goff A., Cosnier S. Nanomaterials for Biosensing Applications: A Review // Front. Chem. 2014. V. 2. P. 108707. https://doi.org/ 10.3389/fchem.2014.00063
  13. Цхадая Н.Д., Быков И.Ю., Чупров И.Ф. и др. Обоснование параметров конструкции неодимового магнитного сепаратора для доочистки пластовых вод // Нефтяное хозяйство. 2017. № 8. С. 112–115. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-8-112-115
  14. Zhu C., Ko S., Daigle H., et al. NMR Relaxation of Surface-Functionalized Fe3O4 Nanoparticles // Petrophysics. 2018. V. 59. № 3. P. 407–417. https://doi.org/10.30632/PJV59N3-2018A8
  15. Teja A.S., Koh P.Y. Synthesis, Properties, and Applications of Magnetic Iron Oxide Nanoparticles // Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 2009. V. 55. № 1–2. P. 22–45. https://doi.org/10.1016/J.PCRYSGROW.2008.08.003
  16. Bordet A., Landis R.F., Lee Y.W. et al. Water-Dispersible and Biocompatible Iron Carbide Nanoparticles with High Specific Absorption Rate // ACS Nano. 2019. V. 13. № 3. P. 2870–2878. https://doi.org/ 10.1021/acsnano.8b05671
  17. Huang G., Hu J., Zhang H. et al. Highly Magnetic Iron Carbide Nanoparticles as Effective T2 Contrast Agents // Nanoscale. 2014. V. 6. № 2. P. 726–730. https://doi.org/10.1039/C3NR04691E
  18. Leconte Y., Veintemillas-Verdaguer S., Morales M.P. et al. Continuous Production of Water Dispersible Carbon–Iron Nanocomposites by Laser Pyrolysis: Application as MRI contrasts // J. Colloid Interface Sci. 2007. V. 313. № 2. P. 511–518. https://doi.org/10.1016/J.JCIS.2007.05.010
  19. Wang J., Hou Y. Iron Carbide Nanostructures: An Emerging Material for Tumor Theranostics // Acc. Mater. Res. 2021. V. 3. № 1. P. 89–99. https://doi.org/ 10.1021/accountsmr.0c00018
  20. Mauro N., Utzeri M. A., Varvarà P. et al. Functionalization of Metal and Carbon Nanoparticles with Potential in Cancer Theranostics // Molecules. 2021. V. 26. № 11. P. 3085. https://doi.org/ 10.3390/molecules26113085
  21. Otun K.O., Yao Y., Liu X. et al. Synthesis, Structure, and Performance of Carbide Phases in Fischer-Tropsch Synthesis: A Critical Review // Fuel. 2021. V. 296. P. 120689. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120689
  22. Hu Y., Jensen J.O., Zhang W. et al. Hollow Spheres of Iron Carbide Nanoparticles Encased in Graphitic Layers as Oxygen Reduction Catalysts // Angew. Chem. Int. Ed. 2014. V. 53. № 14. P. 3675–3679. https://doi.org/ 10.1002/anie.201400358
  23. Markov A.N., Kapinos A.A., Petukhov A.N. et al. Synthesis of Zinc Nanoparticles by the Gas Condensation Method in a Non-Contact Crucible and Their Physical–Chemical Characterization // Nanomaterials. 2024. V. 14. № 2. P. 163. https://doi.org/10.3390/nano14020163
  24. Капинос А.А., Марков А.Н., Петухов А.Н. и др. Прямой синтез наночастиц меди и ее оксидов из объемного образца методом индукционной потоковой левитации // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 9. С. 965–972. https://doi.org/10.31857/S0002337X22090068

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема реактора: 1 – кварцевый реактор, 2 – противоточный индуктор, 3 – левитирующий образец, 4 – железная проволока, 5 – поток инертного газа, 6 – зона испарения и конденсации, 7 – зона реакции, 8 – ввод реакционного газа, 9 – кольцевой зазор.

Скачать (162KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ПЭМ-изображение наночастиц Fe3C.

Скачать (180KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ПЭМ-изображение наночастиц “ядро/оболочка” Fe@Fe3C.

Скачать (214KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограмма наночастиц карбида железа.

Скачать (108KB)
Метаданные
6. Рис. 6. Распределение наночастиц Fe3C, полученное методом ДРС: а – по количеству частиц, б – по интенсивности.

Скачать (121KB)
Метаданные
7. Рис. 7. Распределение наночастиц Fe@Fe3C, полученное методом ДРС: а – по количеству частиц, б – по интенсивности.

Скачать (247KB)
Метаданные
8. Рис. 8. Изотермы адсорбции–десорбции для наночастиц карбида железа Fe3C.

Скачать (75KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024