1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 12, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 12, стр. 76-81

Структурные особенности и фазовые переходы в процессе дегидрирования композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок

В. Н. Кудияров a, *, Р. Р. Эльман a, Н. Е. Курдюмов a, Н. С. Пушилина a

a Национальный исследовательский Томский политехнический университет
634050 Томск, Россия

* E-mail: kudiyarov@tpu.ru

Поступила в редакцию 27.08.2022
После доработки 18.10.2022
Принята к публикации 18.10.2022

Аннотация

Показано, что частицы композита на основе гидрида магния и углеродных нанотрубок, сформированные методом механического синтеза в высокоэнергетической шаровой мельнице, обладают структурой типа ядро–оболочка. Ядром в данном случае выступают частицы гидрида магния размером 4–8 мкм, а оболочкой – осажденные на поверхность наночастицы углерода и углеродные нанотрубки. Кроме того, продемонстрировано, что в процессе механического синтеза композита некоторая часть нанотрубок внедряется в поверхность частиц гидрида магния, в результате чего формируются центры захвата и каналы для диффузии водорода. Данный факт в совокупности с каталитическим влиянием присутствующих в нанотрубках металлических наночастиц приводит к снижению энергии, необходимой для сорбции и десорбции водорода гидридом магния по механизму “перетекания”. В свою очередь снижение энергии приводит к уменьшению температуры начала выхода водорода с 200°C для чистого гидрида магния до 100°C для композита и появлению максимума интенсивности десорбции водорода из композита при 180°C. In situ анализ фазовых переходов в композите при дегидрировании показал, что происходящие структурно-фазовые превращения можно разделить на три этапа. Первый этап характеризуется отжигом дефектов и релаксацией структуры без десорбции водорода, на втором этапе происходит десорбция водорода по механизму “спилловера” без диссоциации гидридов, и на третьем этапе происходит диссоциация гидридов с последующей десорбцией оставшегося водорода.

Ключевые слова: композит, гидрид магния, частицы со структурой ядро–оболочка, углеродные нанотрубки, водород, десорбция, синхротронное излучение, фазовые переходы.

Список литературы

  1. Zhang X., Liu Y., Ren Z., Zhang X., Hu J., Huang Z., Lu Y., Gao M., Pan H. // Energy Environ. Sci. 2020. V. 14. № 4. P. 2302.

  2. Wen J., de Rango P., Allain N., Laversenne L., Grosdidier T. // J. Power Sources. 2020. V. 480. P. 13.

  3. Sun Y., Shen C., Lai Q., Liu W., Wang D.W., Aguey-Zinsou K.F. // Energy Storage Mater. 2018. V. 10. P. 168.

  4. Kudiiarov V., Lyu J., Semenov O., Lider A., Chaemchuen S., Verpoort F. // Appl. Mater. Today. 2021. V. 25. P. 19.

  5. Shao H., Wang Y., Xu H., Li X. // J. Solid State Chem. 2005. V. 178. № 7. P. 2211.

  6. Hanada N., Ichikawa T., Fujii H. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. № 15. P. 7188.

  7. Lyu J., Kudiiarov V., Lider A. // Nanomater. 2020. V. 10. P. 31.

  8. Shao H., Wang Y., Xu H., Li X. // J. Solid State Chem. 2005. V. 178. № 7. P. 2211.

  9. Wang Y., Lan Z., Huang X., Liu H., Guo J. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 54. P. 28863.

  10. Kadri A., Yao X. // Int. J. Recent Technol. Eng. 2019. V. 8. № 1. P. 3149.

  11. Lototskyy M., Sibanyoni J.M., Denys R.V., Williams M., Pollet B.G., Yartys V.A. // Carbon. 2013. V. 57. P. 146.

  12. Wu C.Z., Wang P., Yao X., Liu C., Chen D.M., Lu G.Q., Cheng H.M. // J. Alloys Compnd. 2006. V. 414. № 1–2. P. 259.

  13. Chen D., Chen L., Liu S., Ma C.X., Chen D.M., Wang L.B. // J. Alloys Compnd. 2004. V. 372. № 1–2. P. 231.

  14. Huang Z.G., Guo Z.P., Calka A., Wexler D., Liu H.K. // J. Alloys Compnd. 2007. V. 427. № 1–2. P. 94.

  15. Kudiyarov V.N., Elman R.R., Kurdyumov N. // Metals. 2021. V. 11. № 9. 14 p.

  16. Kudiiarov V.N., Kashkarov E.B., Syrtanov M.S., Lider A.M. // Int. J. Hydrog. Energy. 2017. V. 42. P. 10604.

  17. Шмаков А.Н., Толочко Б.П., Жогин И.Л., Шеромов М.А. Станция “Прецизионная дифрактометрия II” на канале СИ № 6 накопителя электронов ВЭПП-3 // Тез. докл. VII нац. конф. РСНЭ-НБИК 2009. М.: ИК РАН–РНЦ КИ. 2009. С. 559.

  18. Шмаков А.Н., Иванов М.Г., Толочко Б.П., Шарафутдинов М.Р., Анчаров А.И., Жогин И.Л., Шеромов М.А. Новые возможности для рентгенодифракционных исследований в Сибирском центре СИ // Тезисы XVIII Междунар. конф. по использованию синхротронного излучения. 2010. С. 68.

  19. Аульченко В.М. Однокоординатный рентгеновский детектор // Школа молодых специалистов “Синхротронное излучение. Дифракция и рассеяние”. 2009. С. 6.

  20. PDF-2 2023. https://www.icdd.com/pdf-2. International centre for diffraction data

  21. FullProf suite. https://www.ill.eu/sites/fullprof. Institut Laue-Langevin

  22. Crystallographica Search-Match. https://www.iucr.org/resources/other-directories/software/crystallographica-search-match. International Union of Crystallography.

  23. Wu C., Cheng H.M. // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. № 26. P. 5390.

  24. Yao X., Wu C., Du A., Lu G.Q., Cheng H., Smith S.C., Zou J., He Y. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. № 24. P. 11697.

  25. Shim J.H., Park M., Lee Y.H., Kim S., Im Y.H., Suh J.Y., Cho Y.W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 1. P. 349.

  26. Amirkhiz B.S., Danaie M., Mitlin D. // Nanotechnology. 2009. V. 20. № 20. 14 p.

  27. Wu C., Wang P., Yao X., Liu C., Chen D., Lu G.Q., Cheng H. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. № 47. P. 22217.

  28. Pandey S.K., Singh R.K., Srivastava O.N. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 23. P. 9379.

  29. Du A.J., Smith S.C., Yao X.D., He Y., Lu G.Q. // J. Phys. Conf. Ser. 2006. V. 29. № 1. P. 7.

  30. Ullah Rather S., Hwang S.W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. № 40. P. 18114.

  31. Wu C.Z., Wang P., Yao X., Liu C., Chen D.M., Lu G.Q., Cheng H.M. // J. Alloys Compd. 2006. V. 420. № 1–2. P. 278.

  32. Campos R.B.V., Camargo S.A.D.S., Brum M.C., Santos D.S.D. // Mater. Res. 2017. V. 20. P. 85.

  33. Shen C., Aguey-Zinsou K.F. // Frontiers Energy Res. 2017. V. 5. P. 6.

  34. Sun Y., Shen C., Lai Q., Liu W., Wang D. W., Aguey-Zinsou K. F. // Energy Storage Mater. 2018. V. 10. P. 168.

  35. Crivello J.C., Dam B., Denys R.V., Dornheim M., Grant D.M., Huot J., Jensen T.R., de Jongh P., Latroche M., Milanese C., Milcˇius D., Walker G.S., Webb C.J., Zlotea C., Yartys V.A. // Appl. Phys. A. 2016. V. 122. №. 2. P. 20.

  36. Liu J., Schaef H.T., Martin P.F., McGrail B.P., Fifield L.S. // ACS Appl. Energy Mater. 2019. V. 2. № 7. P. 5272.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал