Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2025, выпуск 2 » Статья стр. 202
<<<>>>
Влияние наноалмазов с различными состояниями поверхности на упаковку ионных каналов и протонную проводимость композитных перфторсульфоновых мембран
Russian science foundation, Development of composite proton-conducting membranes based on perfluorinated polymers and graphenes with intercalated fullerenes and nanodiamonds, 23-23-00129
Лебедев В.Т. 1, Кульвелис Ю.В. 1, Примаченко О.Н. 2, Одиноков А.С.3, Мариненко Е.А. 2, Швидченко А.В. 4, Куклин А.И.5, Иваньков О.И.5
1Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Гатчина, Ленинградская область, Россия
2Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
3Российский научный центр "Прикладная химия", Санкт-Петербург, Россия
4Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
5Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка, Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия
Email: lebedev_vt@pnpi.nrcki.ru, kulvelis_yv@pnpi.nrcki.ru, alex-prima@mail.ru, emarinenkospb@gmail.com, avshvid@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 26 сентября 2024 г.
В окончательной редакции: 26 сентября 2024 г.
Принята к печати: 26 сентября 2024 г.
Выставление онлайн: 31 января 2025 г.
PDF версия
Сополимер типа AquivionoledR модифицировали детонационными алмазами (размер 4-5 nm, концентрации 0.25-5.0 wt.%) и исследовали с помощью рассеяния нейтронов, измеряя период упаковки ионных каналов в матрице. Положительно заряженные алмазы с насыщенной водородом поверхностью при концентрации 0.5 wt.% обеспечили прирост ионной проводимости мембран на 30% при температуре 50oC за счет уплотнения упаковки канальных сборок. Благодаря электростатическому притяжению компонент в таких мембранах создавался более развитый проводящий интерфейс алмаз-сополимер, чем в композитах с отрицательно заряженными ионными группами компонент. При наполнении матрицы гидрофобными фторированными алмазами (1 wt.%) наблюдалось пятикратное снижение ионной проводимости из-за нарушения ими связности ионных каналов. Найденные корреляции между структурой и ионной проводимостью композитов в зависимости от типа и количества наполнителя важны для направленного формирования мембран при модификации наночастицами. Ключевые слова: мембраны, алмазы, проводимость, структура.
  1. J.-H. Kim, S.-K. Kim, K. Nam, D.-W. Kim. J. Membrane Sci., 415--416, 696 (2012). DOI: 10.1016/j.memsci.2012.05.057
  2. K. Li, G. Ye, J. Pan, H. Zhang, M. Pan. J. Membrane Sci., 347 (1-2), (2010). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.10.002
  3. D. Choi. Membranes, 12, 680 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12070680
  4. A.K. Sahu, S. Pitchumani, P. Sridhar, A.K. Shukla. Bull. Mater. Sci., 32 (3), 285 (2009)
  5. A.C. Brown, J.J. Hargreaves. Green Chem., 1 (1), 17 (1999)
  6. Y. Lu, Y. Yang, A. Sellinger, M. Lu, J. Huang, H. Fan, R. Haddad, G. Lopez, A.R. Burns, D.Y. Sasaki. Nature, 410 (6831), 913 (2001)
  7. T. Hao-lin, P. Mu, M. Shi-chun, Y. Run-zhang. J. Wuhan Univ. Technol.-Mat. Sci. Edit., 19, 7 (2004). https://doi.org/10.1007/BF02835048
  8. N.H. Jalani, K. Dunn, R. Datta. Electrochim. Acta, 51 (3), 553 (2005)
  9. E. Chalkova, M.B. Pague, M.V. Fedkin, D.J. Wesolowski, S.N. Lvov. J. Electrochem. Society, 152 (6), A1035 (2005)
  10. K.T. Adjemian, R. Dominey, L. Krishnan, H. Ota, P. Majsztrik, T. Zhang, J. Mann, B. Kirby, L. Gatto, M. Velo-Simpson. Chem. Mater., 18 (9), 2238 (2006)
  11. Z. Chen, B. Holmberg, W. Li, X. Wang, W. Deng, R. Munoz, Y. Yan. Chem. Mater., 18 (24), 5669 (2006)
  12. S. Licoccia, E. Traversa. J. Рower Sources, 159 (1), 12 (2006)
  13. S. Simonov, M.S. Kondratenko, I.V. Elmanovich, V.E. Sizov, E.P. Kharitonova, S.S. Abramchuk, A.Yu. Nikolaev, D.A. Fedosov, M.O. Gallyamov, A.R. Khokhlov. J. Membr. Sci., 564, 106 (2018). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.06.042
  14. T. Hao-lin, P. Mu, M. Shi-Chun, Y. Run-Zhang. Chin. J. Inorg. Chem., 20 (2), 128 (2004)
  15. M.A. Zulfikar, A.W. Mohammad, N. Hilal. Desalination, 192 (1-3), 262 (2006)
  16. W. Jia, K. Feng, B. Tang, P. Wu. J. Mater. Chem. A, 3, 15607 (2015). https://doi.org/10.1039/C5TA03381K
  17. S. Lu, D. Wang, S.P. Jiang, Y. Xiang, J. Lu, J. Zeng. Adv. Mater., 22 (9), 971 (2010)
  18. C.-C. Yang, Y.J. Li, T.-H. Liou. Desalination, 276 (1), 366 (2011)
  19. Sujie Xing, He Xu, Junshui Chen, Guoyue Shi, Litong Jin. J. Electroanal. Chem., 652 (1-2), 60 (2011)
  20. M.R.H. Siddiqui, A.I. Al-Wassil, A.M. Al-Otaibi, R.M. Mahfouz. Mater. Res., 15 (6), 986 (2012)
  21. S. Liu, J. Yu, Y. Hao, F. Gao, M. Zhou, L. Zhao. Hindawi Intern. J. Polym. Sci., 2024, 630992 (2024). https://doi.org/10.1155/2024/6309923
  22. D. Yuan, Z. Liu, S.W. Tay, X. Fan, X. Zhang, C. He. Chem. Commun., 49, 9639 (2013). https://doi.org/10.1039/C3CC45138K
  23. A.H. Tian, J.-Y. Kim, J.Y. Shi, K. Kim, K. Lee. J. Power Sour., 167, 302 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.074
  24. M.V. Lebedeva, A.V. Ragutkin, A.P. Antropov, N.A. Yashtulov. IOP Conf. Series: Mater. Sci. Engineer., 744, 012007 (2020). DOI: 10.1088/1757-899X/744/1/012007
  25. R. Singwadi, M. Dhlamini, T. Mokrani, F. Nemavhola. Digest J. Nanomater. Biostructures, 12 (4), 1137 (2017)
  26. Z. Chen, B. Holmberg, W. Li, X. Wang, W. Deng, R. Munoz, Y. Yan. Chem. Mater., 18 (24), 5669 (2006)
  27. Е.Н. Караулова, Е.И. Багрий. Усп. хим., 68 (11), 979 (1999). DOI: https://doi.org/10.1070/RC1999v068n11ABEH000499
  28. Т.П. Дьячкова, А.Г. Ткачев. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок (Издат. дом "Спектр", М., 2013), 152 с. ISBN 978-5-4442-0050-6
  29. A.E. Aleksenskii. Thechnology of preparation of detonation nanodiamond, in A.Y. Vul, O.A. Shenderova (ed). Detonation nanodiamonds. Science and Applications (Pan Stanford Publishing: Danvers, MA, USA, 2014), p. 37--72
  30. A. Aleksenskii, M. Bleuel, A. Bosak, A. Chumakova, A. Dideikin, M. Dubois, E. Korobkina, E. Lychagin, A. Muzychka, G. Nekhaev et al. Nanomaterials, 11, 1945 (2021)
  31. O.V. Tomchuk, V. Ryukhtin, O. Ivankov, A.Ya. Vul, A.E. Aleksenskii, L.A. Bulavin. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructur., 28, 272 (2020)
  32. A.V. Petrov, K.N. Semenov, I.V. Murin. Russ. J. Gen. Chem., 90, 927 (2020)
  33. И.И. Кулакова, Г.В. Лисичкин. ЖОХ, 90 (10), 1601 (2020). DOI: 10.31857/S0044460X20100157
  34. D. Chen, H. Feng, J. Li. Chem. Rev., 112 (11), 6027 (2012). https://doi.org/10.1021/cr300115g
  35. D.V. Postnov, N.A. Melnikova, V.N. Postnov, K.N. Semenov, I.V. Murin. Rev. Adv. Mater. Sci., 39, 20 (2014)
  36. S.F. Nitodas, M. Das, R. Shah. Membranes, 12, 454 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12050454
  37. V.N. Postnov, N.A. Melnikova, G.A. Shulmeister, A.G. Novikov, I.V. Murin, A.N. Zhukov. Russ. J. Gen. Chem., 87, 2754 (2017)
  38. A.B. Yaroslavtsev, I.A. Stenina. Mendeleev Commun., 31, 423 (2021)
  39. A.B. Yaroslavtsev, I.A. Stenina, D.V. Golubenko. Pure Appl. Chem., 92, 1147 (2020)
  40. O.N. Primachenko, Yu.V. Kulvelis, V.T. Lebedev, A.S. Odinokov, V.Yu. Bayramukov, E.A. Marinenko, I.V. Gofman, A.V. Shvidchenko, A.Ya. Vul, S.S. Ivanchev. Membranes Membrane Technol., 2 (1), 1 (2020)
  41. Y.-L. Liu, Y.-H. Su, C.-M. Chang, Suryani, D.-M. Wang, J.-Y. Lai. J. Mater. Chem., 20, 4409 (2010). https://doi.org/10.1039/C000099J
  42. M.S. Asgari, M. Nikazar, P. Molla-abbasi, M.M. Hasani-Sadrabadi. Intern. J. Hydrogen Energy, 38 (14), 5894 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.03.010
  43. A.O. Krasnova, N.V. Glebova, A.G. Kastsova, M.K. Rabchinskii, A.A. Nechitailov. Polymers (Basel), 15 (9), 2070 (2023). DOI: 10.3390/polym15092070
  44. M. Vinothkannan, A.R. Kim, G. Gnana kumar, D.J. Yoo. RSC Adv., 8, 7494 (2018). https://doi.org/10.1039/C7RA12768E
  45. M. Vinothkannan, A.R. Kim, D.J. Yoo. RSC Adv., 11, 18351 (2021). DOI: 10.1039/D1RA00685A
  46. A.V. Shvidchenko, A.S. Odinokov, O.N. Primachenko, I.V. Gofman, N.P. Yevlampieva, E.A. Marinenko, V.T. Lebedev, A.I. Kuklin, Y.V. Kulvelis. Membranes, 13, 712 (2023). https://doi.org/10.3390/membranes13080712
  47. Ю.В. Кульвелис, О.Н. Примаченко, И.В. Гофман, А.С. Одиноков, А.В. Швидченко, Е.Б. Юдина, Е.А. Мариненко, В.Т. Лебедев, А.Я. Вуль. Изв. АН, сер. хим., 9, 1713 (2021)
  48. O.N. Primachenko, E.A. Marinenko, A.S. Odinokov, S.V. Kononova, Yu.V. Kulvelis, V.T. Lebedev. Polymer. Adv. Technol., 32 (4), 1386 (2021). https://doi.org/10.1002/pat.5191
  49. W.Y. Hsu, T.D. Gierke. J. Membr. Sci., 13, 307 (1983)
  50. A. Eisenberg. Macromolecules, 3, 147 (1970). https://doi.org/10. 1021/ma60014a006
  51. A. Eisenberg, B. Hird, R.B. Moore. Macromolecules, 23, 4098 (1990). https://doi.org/10.1021/ma00220a012
  52. M. Fujimura, T. Hashimoto, H. Kawai. Macromolecules, 15, 136 (1982). https://doi.org/10.1021/ma00229a028
  53. G. Gebel. Macromolecules, 33, 4850 (2000). https://doi.org/10.1021/ma9912709
  54. A.-L. Rollet, O. Diat, G. Gebel. J. Phys. Chem. B, 106, 3033 (2002). https://doi.org/10.1021/jp020245t
  55. L. Rubatat, G. Gebel, O. Diat. Macromolecules, 37, 7772 (2004). https://doi.org/10.1021/ma049683j
  56. G. Gebel, O. Diat. Fuel Cells, 5, 261 (2005). https://doi.org/10.1002/fuce200400080
  57. M.H. Kim, C.J. Glinka, S.A. Grot, W.G. Grot. Macromolecules, 39, 4775 (2006). https://doi.org/10.1021/ma060576u
  58. K. Schmidt-Rohr, Q. Chen. Nat Mater., 7, 75 (2008). https://doi. org/10.1038/nmat2074
  59. K.-D. Kreuer. Chem. Mater., 26, 361 (2014). https://doi. org/10.1021/cm402742u
  60. K.-D. Kreuer, G. Portale. Adv. Funct. Mater., 23, 5390 (2013). https://doi.org/10.1002/adfm.201300376
  61. J.A. Elliott, D. Wu, S.J. Paddison, R.B. Moore. Soft Matter., 7, 6820 (2011). https://doi.org/10.1039/c1sm00002k
  62. V.T. Lebedev, Yu.V. Kulvelis, A.V. Shvidchenko, O.N. Primachenko, A.S. Odinokov, E.A. Marinenko, A.I. Kuklin, O.I. Ivankov. Membranes, 13, 850 (2023). https://doi.org/10.3390/membranes13110850
  63. O.N. Primachenko, A.S. Odinokov, E.A. Marinenko, Yu.V. Kulvelis, V.G. Barabanov, S.V. Kononova. J. Fluor. Chem., 244, 109736 (2021). http://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2021.109736
  64. O. Williams, J. Hees, C. Dieker, W. Jager, L. Kirste, C.E. Nebel. ACS Nano, 4, 4824 (2010)
  65. A.E. Aleksenskii, E.D. Eydelman, A.Ya. Vul. Nanotechnol. Lett., 3, 68 (2011)
  66. A.Ya. Vul, A.T. Dideikin, A.E. Aleksenskiy, M.V. Baidakova. Detonation nanodiamonds. Synthesis, properties and applications, in: O.A. Williams (ed), Nanodiamond, RSC Nanoscience and Nanotechnology (Thomas Graham House, Science Park, Milton Road, Cambridge CB4 0WF, UK, 2014)
  67. A. Aleksenskii, M. Bleuel, A. Bosak, A. Chumakova, A. Dideikin, M. Dubois, E. Korobkina, E. Lychagin, A. Muzychka, G. Nekhaev et al. Nanomaterials, 11, 3067 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11113067
  68. V.V. Nesvizhevsky, U. Koester, M.Dubois, N. Batisse, L. Frezet, A. Bosak, L. Gines, O. Williams. Carbon, 130, 799 (2018)
  69. О.Н. Примаченко, А.С. Одиноков, В.Г. Барабанов, В.П. Тюльманков, Е.А. Мариненко, И.В. Гофман, С.С. Иванчев. ЖПХ, 91, 110 (2018)
  70. A.I. Kuklin, A.I. Ivankov, D.V. Soloviov, A.V. Rogachev, Y.S. Kovalev, A.G. Soloviev, A.K. Islamov, M. Balasoiu, A.V. Vlasov, S.A. Kutuzov. J. Phys. Conf. Ser., 994, 012016 (2018). http://doi.org/10.1088/1742-6596/994/1/012016
  71. A.I. Kuklin, O.I. Ivankov, A.V. Rogachev, D.V. Soloviov, A.Kh. Islamov, V.V. Skoi, Yu.S. Kovalev, A.V. Vlasov, Yu.L. Ryzhykau, A.G. Soloviev, N. Kucerka, V.I. Gordeliy. Crystallogr. Rep., 66, 231 (2021). http://doi.org/10.1134/S1063774521020085
  72. A.G. Soloviev, T.M. Solovjeva, O.I. Ivankov, D.V. Soloviov, A.V. Rogachev, A.I. Kuklin. J. Phys.: Conf. Ser., 848, 012020 (2017). https://doi.org/10.1088/1742-6596/848/1/012020
  73. D.I. Svergun, L.A. Feigin. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering (Plenum Press, NY. \& London, 1987)
  74. O.V. Tomchuk, D.S. Volkov, L.A. Bulavin, A.V. Rogachev, M.A. Proskurnin, M.V. Korobov, M.V. Avdeev. J. Phys. Chem. C, 119, 794 (2015)
  75. V.T. Lebedev, Yu.V. Kulvelis, A.I. Kuklin, A.Ya. Vul. Condens. Matter., 1 (10), 1 (2016). DOI: 10.3390/condmat1010010
  76. O.N. Primachenko, Yu.V. Kulvelis, A.S. Odinokov, N.V. Glebova, A.O. Krasnova, L.A. Antokolskiy, A.A. Nechitailov, A.V. Shvidchenko, I.V. Gofman, E.A. Marinenko, N.P. Yevlampieva, V.T. Lebedev, A.I. Kuklin. Membranes, 12 (9), 827 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12090827

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme