РАЗЛОЖЕНИЕ ЭТИЛЕНА НА МНОГОКОМПОНЕНТНОМ СПЛАВЕ [NiFeCo]CrCu С ПОЛУЧЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Поиск новых эффективных катализаторов пиролиза углеводородов с получением углеродных наноматериалов остается актуальной задачей. В настоящей работе в качестве катализатора был протестирован 5-компонентный сплав [NiFeCo]CrCu, приготовленный методом электрического взрыва проволок. По данным рентгенофазового анализа, исходный образец представляет собой твердый раствор на основе гранецентрированной решетки никеля. Исследованы кинетические закономерности разложения этилена в интервале температур 500–775°С. Показано, что многокомпонентный сплав обеспечивает эффективное разложение этилена с сохранением высокой производительности по углеродному наноматериалу (95 г/гкат и более) в широком температурном диапазоне (600–750°С). Методами электронной микроскопии обнаружено, что углеродный материал представляет собой нановолокна, структура и степень упорядочения которых изменяются в зависимости от температуры пиролиза.

Об авторах

Ю. И. Бауман

ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: bauman@catalysis.ru
Новосибирск, Россия

В. С. Штоль

Институт трансляционной биомедицины, Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

А. В. Первиков

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Томск, Россия

А. А. Попов

Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН

Новосибирск, Россия

А. Б. Аюпов

ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Новосибирск, Россия

И. В. Мишаков

ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Новосибирск, Россия

А. А. Ведягин

ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Yalovega G.E., Brzhezinskaya M., Dmitriev V.O., Shmatko V.A., Ershov I.V., Ulyankina A.A., Chernysheva D.V., Smirnova N.V. Interfacial Interaction in MeOx/MWNTs (Me–Cu, Ni) Nanostructures as Efficient Electrode Materials for High-Performance Supercapacitors // Nanomaterials. 2024. V. 14. № 11. P. 947.
  2. Shamilov V.M. Potential applications of carbon nanomaterials in oil recovery // SOCAR Proc. 2020. V. 3. P. 90.
  3. Маянов Е.П., Золкин П.И., Аберяхимов Х.М., Романова О.Г. Углеродные материалы в медицине // Вестн. РАЕН. 2016. № 2. C. 26.
  4. Лэсь А., Дерябин П. Основные тенденции и особенности наноструктурированного модифиуатора в материаловедении на основе углеродных нанотрубок // Вестник науки. 2024. T. 2. № 2 (71). C. 623.
  5. Галиев А.Ф., Ишмухаметов М.С., Буланкин Н.С., Шарафеев Р.В., Каримов В.Р. Полимер-углеродный композитный материал для гибкой органической электроники // Вестник Башкирского университета. 2024. T. 29. № 1. C. 38.
  6. Субоч А.Н., Евтушок В.Ю., Кибис Л.С., Холдеева О.А., Подъячева О.Ю. Углеродные нанотрубки, допированные азотом, как эффективные носители гетерогенных катализаторов селективного окисления алкенов // Кинетика и катализ. 2021. T. 62. № 2. C. 233.
  7. Hatami B., Tavasoli A., Asghari A., Zamani Y., Zamaniyan A. Кинетическое моделирование синтеза Фишера–Тропша на кобальтовом катализаторе, нанесенном на функционализированные углеродные нанотрубки // Кинетика и катализ. 2018. T. 59. № 6. C. 682.
  8. Коскин А.П., Ларичев Ю.В., Лысиков А.И., Примаченко О.Н., Иванчев С.С. Синтез и исследование физико-химических и каталитических свойств композитов состава сульфатированный перфторполимер–углеродные нановолокна // Кинетика и катализ. 2017. № 5. C. 668.
  9. Nam J., Yang J., Zhao Y., Kim K.S. Chemical vapor deposition of graphene and its characterizations and applications // Curr. Appl. Phys. 2024. V. 61. P. 55.
  10. Prudchenko A.P., Polyakova O.Y., Protasevich J.S. Metal oxide catalysts for low-temperature template CCVD synthesis of carbon nanotubes // Adv. Mater. Technol. 2024. V. 9. № 1. P. 12.
  11. Чесноков В.В., Буянов Р. А. Образование углеродныхнитей при каталитическом разложении углеводородов на металлах подгруппыжелеза и их сплавах // Успехи химии.2000. T. 69. № 7. C. 675.
  12. Буянов Р., Чесноков В. О процессах, происходящих в металлических частицах при каталитическом разложении на них углеводородов по механизму карбидного цикла // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. T. 13. № 1. C. 37.
  13. Lu W., He T., Xu B., He X., Adidharma H., Radosz M., Gasem K., Fan M. Progress in catalytic synthesis of advanced carbon nanofibers // J. Mater. Chem. A. 2017. T. 5. № 27. C. 13863.
  14. Wang X.-D., Vinodgopal K., Dai G.-P. Synthesis of Carbon Nanotubes by Catalytic Chemical Vapor Deposition // In: Perspective of Carbon Nanotubes. London: IntechOpen, 2019. P. 19.
  15. Nasibulin A.G., Pikhitsa P.V., Jiang H., Kauppinen E.I. Correlation between catalyst particle and single-walled carbon nanotube diameters // Carbon. 2005. V. 43. № 11. P. 2251.
  16. Fan H., Qiu L., Fedorov A., Willinger M.-G., Ding F., Huang X. Dynamic State and Active Structure of Ni– Co Catalyst in Carbon Nanofiber Growth Revealed by in Situ Transmission Electron Microscopy // ACS Nano. 2021. V. 15. № 11. P. 17895.
  17. Alstrup I., Tavares M.T., Bernardo C.A., Sørensen O., Rostrup-Nielsen J.R. Carbon formation on nickel and nickel-copper alloy catalysts // Mater. Corros. 1998. V. 49. № 5. P. 367.
  18. Guo X., Vanhaecke E., Vullum P.E., Ma J., Gunawardana P.V.D.S., Walmsley J.C., Chen D., Venvik H.J. Effects of metal dusting relevant exposures of alloy 601 surfaces on carbon formation and oxide development // Catal. Today. 2021. V. 369. P. 48.
  19. Гладышева М.В., Плюснин П.Е., Комаров В.Ю., Цыганкова А.Р., Герасимов Е.Ю., Шубин Ю.В., Коренев С.В. Комплексные соли [Pd(NH3)4] [Pd(NH3)3NO2][CrO3]·H2O и [Pd(NH3)4][Pd(NH3)3 NO2][CoOx3]·H2O и твердые растворы [Pd(NH3)4] [Pd(NH3)3NO2][CoOx3]x[RhOx3]1–x·H2O– перспективные предшественники пористых наносплавов // Журнал структурной химии. 2022. T. 63. № 4. C. 449.
  20. Afonnikova S.D., Mishakov I.V., Bauman Y.I., Trenikhin M.V., Shubin Y.V., Serkova A.N., Vedyagin A.A. Preparation of Ni–Cu Catalyst for Carbon Nanofiber Production by the Mechanochemical Route // Top. Catal. 2022. V. 66. № 5–8. P. 393.
  21. Pervikov A.V. Metal, Metal Composite, and Composited Nanoparticles Obtained by Electrical Explosion of Wires // Nanobiotechnol. Rep. 2021. V. 16. № 4. P. 401.
  22. Romanova V.M., Tilikin I.N., Ter-Oganesyan A.E., Mingaleev A.R., Shelkovenko T.A., Khirianova A.I., Pikuz S.A. Observation of Laser Radiation Scattering Effects in Explosion Products of Thin Molybdenum Wires // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. № 2. P. 121.
  23. Сулиз К.В., Первиков А.В. Структурно-фазовые состояния наночастиц многокомпонентного сплава AlCuNiCoCrFe, формирующегося в результате совместного электрического взрыва проволочек // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2023. №. 15. С. 861.
  24. Koskin A.P., Zhang J., Belskaya O.B., Bulavchenko O.A., Konovalova D.A., Stepanenko S.A., Ishchenko A.V., Danilova I.G., Yurpalov V.L., Larichev Y.V., Kukushkin R.G., Yeletsky P.M. Efficiency of high-loaded nickel catalysts modified by Mg in hydrogen storage/ extraction using quinoline/decahydroquinoline pair as LOHC substrates // J. Magnesium and Alloys. 2024. V. 12. № 8. P. 3245.
  25. Yusuf B.O., Umar M., Kotob E., Abdulhakam A., Taialla O.A., Awad M.M., Hussain I., Alhooshani K.R., Ganiyu S.A. Recent Advances in Bimetallic Catalysts for Methane Steam Reforming in Hydrogen Production: Current Trends, Challenges, and Future Prospects // Chem. Asian J. 2023. V. 19. № 16. P. e202300641.
  26. Pervikov A.V., Pustovalov A.V., Afonnikova S.D., Bauman Y.I., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. Synthesis and structure of NiCu and NiAl electroexplosive nanoparticles for production of carbon nanofibers // Powder Technol. 2023. V. 415. P. 118.
  27. Cazaña F., Afailal Z., González-Martín M., Sánchez J.L., Latorre N., Romeo E., Arauzo J., Monzón A. Hydrogen and CNT Production by Methane Cracking Using Ni–Cu and Co–Cu Catalysts Supported on Argan-Derived Carbon // Chem. Eng. 2022. V. 6. № 4. P. 47.
  28. Potylitsyna A.R., Bauman Y.I., Ayupov A.B., Plyusnin P.E., Shubin Y.V., Stoyanovskii V.O., Vedyagin A.A., Mel'gunov M.S., Korenev S.V., Mishakov I.V. Turbostratic carbon nanofibers produced from C2HCl3 over self-dispersing Ni-catalyst doped with W and Mo // Diam. Relat. Mater. 2024. V. 148. Art. 111416.
  29. Bauman Y.I., Mishakov I.V., Vedyagin A.A., Rudnev A.V., Plyusnin P.E., Shubin Y.V., Buyanov R.A. Promoting Effect of Co, Cu, Cr and Fe on Activity of Ni-Based Alloys in Catalytic Processing of Chlorinated Hydrocarbons // Top. Catal. 2016. V. 60. № 1–2. P. 171.
  30. Yu L., Zeng K., Li C., Lin X., Liu H., Shi W., Qiu H. J., Yuan Y., Yao Y. High‐entropy alloy catalysts: From bulk to nano toward highly efficient carbon and nitrogen catalysis // Carbon Energy. 2022. V. 4. № 5. P. 731.
  31. Sun L., Wen K., Li G., Zhang X., Zeng X., Johannessen B., Zhang S. High-Entropy Alloys in Catalysis: Progress, Challenges, and Prospects // ACS Mater Au. 2024. V. 4. № 6. P. 547.
  32. Saidi W.A., Shadid W., Veser G. Optimization of High-Entropy Alloy Catalyst for Ammonia Decomposition and Ammonia Synthesis // J. Phys. Chem. Lett. 2021. V. 12. № 21. P. 5185.
  33. Pugacheva E.V., Zhuk S.Y., Bystrova I.M., Romazeva K.A., Ikornikov D.M., Boyarchenko O.D., Khomenko N.Y., Belousova O.V., Sanin V.N., Borshch V.N. Multifunctional Catalysts Based on High-Entropy Transition Metal Alloys // Int. J. SelfPropag High-Temp Synth. 2024. V. 33. № 3. P. 200.
  34. Mori K., Hashimoto N., Kamiuchi N., Yoshida H., Kobayashi H., Yamashita H. Hydrogen spillover-driven synthesis of high-entropy alloy nanoparticles as a robust catalyst for CO2 hydrogenation // Nature Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 3884.
  35. Gangwar B.P., Tripathi P., Das R., Sarkar S., Kumar Singh A., Sekhar Tiwary C., Sharma S. Low-temperature dry reforming using high entropy alloy (Co-FeGa-Ni-Zn)-cerium oxide (CeO2) hybrid nanostructure // Chem. Eng. J. 2024. V. 495. Art. 153291.
  36. Lee K.X., Hu B., Dubey P.K., Anisur M.R., Belko S., Aphale A.N., Singh P. High-entropy alloy anode for direct internal steam reforming of methane in SOFC // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 90. P. 38372.
  37. Kumar Katiyar N., Biswas K., Yeh J.-W., Sharma S., Sekhar Tiwary C. A perspective on the catalysis using the high entropy alloys // Nano Energy. 2021. V. 88. Art. 106261.
  38. Ren J.-T., Chen L., Wang H.-Y., Yuan Z.-Y. High-entropy alloys in electrocatalysis: from fundamentals to applications // Chem. Soc. Rev. 2023. V. 52. № 23. P. 8319.
  39. Han X., Zhang L., Wang X., Song S., Zhang H. Recent progress on the synthesis and applications of high-entropy alloy catalysts // Nano Res. Energy. 2023. V. 2. № 4. Art. e9120084.
  40. Muangtong P., Rodchanarowan A., Chaysuwan D., Chanlek N., Goodall R. The corrosion behaviour of CoCrFeNi-x (x = Cu, Al, Sn) high entropy alloy systems in chloride solution // Corros. Sci. 2020. V. 172. Art. 108740.
  41. Pervikov A.V. Structural and phase transformations in zinc and brass wires under heating with high-density current pulse // Physics of Plasmas. 2016. V. 23. № 6. Art. 060701.
  42. Suliz K.V., Kolosov A.Y., Myasnichenko V.S., Nepsha N.I., Sdobnyakov N.Y., Pervikov A.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires // Adv. Powder Technol. 2022. V. 33. № 3. P. 103518.
  43. Suliz K.V., Agafonov G.O., Shmakov V.V., Pustovalov A.V., Pervikov A.V. One-step novel synthesis of multicomponent oxide nanoparticles via joint exploding wires of dissimilar metals/alloys // Ceram. Int. 2025. V. 51. № 18. P. 25632.
  44. Mishakov I.V., Chesnokov V.V., Buyanov R.A., Pakhomov N.A. // Kinet. Catal. 2001. V. 42. № 4. P. 543.
  45. The Powder Diffraction File 2 (PDF-2): International Centre for Diffraction Data, 2009.
  46. Kraus W., Nolze G. POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns // J. Appl. Crystallogr. 1996. V. 29. № 3. P. 301.
  47. Krumm S. An Interactive Windows Program for Profile Fitting and Size/Strain Analysis // Mater. Sci. Forum. 1996. V. 228–231. P. 183.
  48. Mao H., Chen H.-L., Chen Q. TCHEA1: A Thermodynamic Database Not Limited for “High Entropy” Alloys // J. Phase Equilibria and Diffusion. 2017. V. 38. № 4. P. 353.
  49. Veselov G.B., Afonnikova S.D., Mishakov I.V., Vedyagin A.A. Carbon-carbon materials composed of carbon nanofibers grown inside the macro-/mesoporous matrix of carbon xerogels // Compos. Commun. 2025. V. 54. P. 102290.
  50. Cheng J.-B., Du J.-H., Shuo B.A.I. Growth mechanism of carbon microcoils with changing fiber cross-section shape // New Carbon Mater. 2009. V. 24. № 4. P. 354.
  51. Motojima S., Chen X. Preparation and Characterization of Carbon Microcoils (CMCs) // Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007. V. 80. № 3. P. 449.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).