Анотація до роботи:

Набока О. В. Вуглецеві наноструктури, синтезовані в кремнеземних матрицях карбонізацією органічних сполук. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.01 – неорганічна хімія. Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, Київ 2009.

Дисертацію присвячено синтезу наноструктур вуглецю карбонізацією органічних прекурсорів в матрицях на основі пірогенного кремнезему, вивченню їхніх структур, складу та фізико-хімічних властивостей.

Розроблено методики синтезу монолітних зразків пористих матриць з діаметром пор 100 нм на основі нанорозмірних частинок пірогенного діоксида кремнію (пористість 29 – 82%, позірна густина 0,18 – 0,9 г/см³⁾.

В поровому просторі матриць було одержано просторово організовані структури вуглецю карбонізацією органічних прекурсорів (полістирол (ПС), полівініліденфторид (ПВДФ), толуілендиізоціанат (ТДІ)). Отриманий вуглець являє собою наноструктури різної форми (волокна, трубки, сегментовано сфери і т.д.) та розміру (3 – 320 нм), а також вуглецеві кластери з масою до 380 а.о.м.

Встановлено, що на вуглецеві структури, що утворюються, впливають надмолекулярна структура ПС та ПВДФ, хімічна взаємодія ТДІ з поверхнею кремнеземних матриць та спосіб введення прекурсорів ПС та ТДІ.

Пористі вуглецьвмісні ксерогелі, що були одержані карбонізацією ПС, ПВДФ та ТДІ в кремнеземних матрицях характеризуються сорбцією С₆₀ до 0,063 мкмоль/м².

Пористі неорганічні ксерогелі на основі пірогенного кремнезему можна використовувати для концентрування та часткового розділення вуглецевих кластерів.

Розроблено методику одержання кристалів фуллереноподібних кластерів з контрольованим розміром (в межах від 20 до 80 мкм) і формами на різних підкладинках при випаровуванні крапель їхніх розчинів в нерівноважних умовах в короткі проміжки часу.

1. Розроблено методики синтезу монолітних зразків пористих матриць з діаметром пор 100 нм (пористість 29 – 82%) на основі нанорозмірних (5 – 100 нм) частинок пірогенного діоксиду кремнію. Показано, що поровий простір матриць може бути використаним в якості нанореакторів для одержаня просторово організованих структур вуглецю у вигляді включень в пористу оксидну матрицю. Методики одержання композитів є апаратурно простими, практично безвідходними та маловитратними.

2. В одержаних матрицях на основі пірогенного кремнезему вперше синтезовано карбонізацією органічних прекурсорів (полістиролу, полівініліденфториду, толуілендиізоціанату) наноструктури різних форм (волокна, трубки, сегментовані сфери, сферичні сегменти та ін.) та розмірів (3 – 320 нм), а також вуглецеві кластери з масами до 380 а.о.м., до складу яких входять атоми кисню, фтору (прекурсор –полівініліденфторид) і азоту (прекурсор –толуілендиізоціанат).

3. Встановлено, що надмолекулярна структура прекурсорів полістиролу та полівініліденфториду в розчинах і полівініліденфториду у твердому стані визначає форму і розмір вуглецевих наноструктур, що утворюються. Контроль розміру агрегатів полістиролу дозволяє вибірково одержувати вуглецеві сфери розміром до 60 нм, сферичні сегменти чи зростки частинок розміром до 100 нм. Керування адсорбцією макромолекул полівініліденфториду з розчинів на поверхню пор композитів-матриць за рахунок варіювання розчинниками і концентраціями дозволяє ціленаправленно синтезувати сферичні вуглецеві наноструктури і пластинчасто-шаруваті утворення.

4. Виявлено вплив хімічної взаємодії толуілендиізоціанату з поверхнею кремнеземних матриць на форму та розмір вуглецевих наноструктур, що утворюються. Показано, що використання гідрофільних кремнеземів, що вступають в хімічну реакцію з толуілендиізоціанатом, призводить до одержання більш мілких (до 100нм) сферичних утворень, ніж при використанні гідрофобізованих кремнеземів.

5. Встановлено, що вуглецьвмісні композити, синтезовані карбонізацією органічних прекурсорів (полістиролу, полівініліденфториду, толуілендиізоціанату) в кремнеземних матрицях, являють собою мезопористі матеріали (міцність на стискання 60 кгс/см², твердість за Бринеллем 180 кгс/см²) з порами, діапазон розмірів яких складає <1 – 150 нм і об’ємом пор до 1,89 мл/г. Поверхня одержаних вуглецьвмісних композитів характеризується сорбцією фуллерена С₆₀ до 0,063 мкмоль/м².

6. Розроблено методику концентрування та часткового розділення розчинних нанокластерів вуглецю з використанням пористих неорганічних композитів на основі пірогенного кремнезему, що базується на методі тонкошарової фронтальної хроматографії в режимі безперервного елюювання.

7. Розроблено методику одержання кристалів фуллереноподібних кластерів з контрольованим розміром (в межах від 20 до 80 мкм) і формами на різних підкладинках при випаровуванні крапель їхніх розчинів в нерівноважних умовах в короткі проміжки часу.

Публікації автора:

1. Голдун О.В. О возможности концентрирования и разделения фуллеренов и фуллереноподобных кластеров из растворов / О.В. Голдун, Л.В. Дубровина, В.М. Огенко // Укр. хим. журн. – 2004. – Т. 70, № 9. – С. 23-26 Особистий внесок здобувача: синтез пористих неорганічних композитів, проведення експериментів з концентрування та розділення, участь в обговоренні результатів, написання статті.

2. Пористые композиты на основе высокодисперсного диоксида кремния как матрицы для получения наноматериалов / Л.В. Дубровина, В.М. Огенко, О.В. Голдун, С.В. Волков // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. – 2005. – Т. 3, №3. – С. 645 – 652. Особистий внесок здобувача: синтез пористих вуглецьвмісних композитів карбонізацією ПС, дослідження їхньої пористості та густини, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

3. Synthesis of carbon nanostructures in matrices based on fine silica / S. Volkov, V. Ogenko L. Dubrovina, O. Holdun // Proceedings of the of the 5^th International Conference of the European Society for Precision Engineering and nanotechnology :( May 8^th – May 11^th 2005, Montpellier, France) : Vol. 2 / [eds. F. Chevrier et al.]. – Bedford: Euspen, 2005. – P. 755 – 758. Особистий внесок здобувача: синтез вуглецевих наноструктур карбонізацією ТДІ, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

4. Голдун О.В. Образование пространственных структур из растворов фуллеренов в области трехфазного контакта / О.В. Голдун, Л.С. Волковинская, В.М. Огенко // Укр. хим. журн. – 2006. – Т. 72, № 1. – С. 15–19. Особистий внесок здобувача: проведення експериментів з одержання просторових структур на різноманітних підкладинках випаровуванням розчинів фуллереноподібнх кластерів, участь в обговоренні результатів, написання статті.

5. Пористые композиты на основе высокодисперсного кремнезема / В.М. Огенко, Л.В. Дубровина, О.В. Голдун, С.В. Волков // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2006. - №5. – С. 29 – 34. Особистий внесок здобувача: синтез пористих неорганічних композитів на основі пірогенного кремнезему, дослідження їхньої пористості та густини, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

6. Углеродсодержащие пористые материалы на основе высокодисперсного диоксида кремния / В.М. Огенко, Л.В. Дубровина, О.В. Голдун, С.В. Волков, А.И. Сенкевич, Н.И. Даниленко // Неорганические материалы. – 2006. – Т. 42, № 5. – С. 575 – 578. Особистий внесок здобувача: синтез вуглецевих наноструктур карбонізацією ПС, підготовка зразків для ПЕМ та РФС, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

7. Nanostructures of carbon as a product of poly(vinylidene fluoride) carbonization in porous matrices / O.V. Goldun, V.M. Ogenko, L.V. Dubrovina, S.V. Volkov // Proc. of the 6^th International Conference European Society for Precision Engineering and Nanotechnology : ( May 28^th – June 1^th 2006, Baden bei Wien, Vienna) : Vol. 2/ [ed. H. Zervos]. – Bedford: Euspen, 2006. – P. 445 – 448. Особистий внесок здобувача: синтез вуглецевих наноструктур карбонізацією ПВДФ, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

8. Пористые неорганические материалы, модифицированные пиролитическим углеродом из полистирола / В.М. Огенко, Л.В. Дубровина, О.В. Голдун, С.В. Волков // Журнал прикладной химии. – 2007. – Т. 80, № 6. – С. 903 – 906. Особистий внесок здобувача: синтез пористих неорганічних композитів-матриць, синтез вуглецевих наноструктур карбонізацією ПС, дослідження пористості, густини та поглинання органічних розчинників неорганічними та вуглецьвмісними композитами, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

9. Пористые углеродсодержащие композиты, полученные карбонизацией поливинилиденфторида в матрице / Л.В. Дубровина, В.М. Огенко, О.В. Набока, В.А. Димарчук, Я.В. Зауличный, О.Ю. Хижун // Неорганические Материалы. – 2008. – Т. 44, №7. – С. 799 – 807. Особистий внесок здобувача: синтез вуглецевих наноструктур карбонізацією ПВДФ, дослідження пористості, густини та поглинання органічних розчинників пористими вуглецьвмісними композитами, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

10. Рентгеноспектральне дослідження електронної структури піровуглецю, одержаного карбонізацією толуілендиізоціанату в матриці високодисперсного діоксиду кремнію / В.О Димарчук, В.М. Огенко, О.В. Набока, Л.В. Дубровіна, Я.В. Зауличний, О.Ю. Хижун // Доповіді НАН України. – 2008. - №8. – С.83 - 89. Особистий внесок здобувача: синтез вуглецьвмісних композитів та вуглецевих наноструктур карбонізацією ТДІ, підготовка зразків для ПЕМ та РФС, участь в обговоренні результатів досліджень та написанні статті.

11. Мезо- и микропористый диоксид кремния как матрица для получения наноматериалов / Л.В. Дубровина, В.М. Огенко, О.В. Голдун, С.В. Волков //Нанорозмірні системи. Електронна атомна будова і властивості. НАНСИС-2004, 12-14 жовтня 2004 – Київ: Тези конф. – 2004. – С.199.

12. Голдун О.В. Утворення фуллеренами С₆₀, С₇₀ фрактальних структур при трьохфазних контактах / О.В. Голдун, В.М. Огенко, С.В. Волков // Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали Ювілейної X Міжнародної конференції : (Івано-Франківськ, 16–21 травня 2005 р.) : Т. 2 / [за заг. ред. Д. М. Фрейка]. – Івано-Франківськ : Гостинець, 2005. –– С. 13 – 14.

13. Синтез наноструктур углерода в композитах-матрицах на основе высокодисперсного диоксида кремния / Л.В. Дубровина, В.М. Огенко, О.В. Голдун, С.В. Волков // IX Intern. Conf. “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials” (ICHMS’2005) (Sevastopol, Crimea, Ukraine, September 5 – 11, 2005): Ext. Abstr. – Ukraine, Kiev, 2005. – С. 528 – 529.

14. Получение и свойства пористых углеродсодержащих материалов / С.В. Волков, В.М. Огенко, Л.В. Дубровина, О.В. Голдун // Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий (МЕЕ-2006) : Четвертая Междунар. конф., (Жуковка, Большая Ялта, Украина, 18–22 сентября 2006 г.) : Труды конф. / [под ред. В. В. Скорохода]. – К.: Видавничий дім «Академперіодика», 2006. – С. 233.

15. Пористые композиты с наноструктурным углеродом, полученные карбонизацией поливинилиденфторида в матрице / В.М. Oгенко, Л.В. Дубровина, О.В. Набока, С.В. Волков // HighMatTech : международная конф., 15-19 окт. 2007 (г. Киев, Украина, 15-19 октября 2007 г.) : тезисы докл. – Киев, 2007. – С. 268.

16. Синтез углеродных наноматериалов карбонизацией толуилендиизоцианата в матрицах из высокодисперсного кремнезема / В.М. Огенко, Л.В. Дубровина, О.В. Набока, С.В. Волков // Нанорозмірні системи : електронна, атомна будова і властивості (НАНСИС-2007) : конф., (Київ, 21 – 23 листопада 2007р.) : Тези конф. – Київ, 2007. – С.223.