Синтез наночастиц карбида железа в непрерывном режиме методом индукционной потоковой левитации

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Капинос

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

Author for correspondence.
Email: a.kapinos@unn.ru
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, Ленинский пр., 65, корп. 1, Москва, 119991

И. А. Фанар

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

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

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the reactor: 1 - quartz reactor, 2 - countercurrent inductor, 3 - levitating sample, 4 - iron wire, 5 - inert gas flow, 6 - vaporisation and condensation zone, 7 - reaction zone, 8 - reaction gas inlet, 9 - annular gap.

Download (162KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. SEM image of Fe3C nanoparticles.

Download (180KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM image of Fe@Fe3C core/shell nanoparticles.

Download (214KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray diffraction pattern of iron carbide nanoparticles.

Download (108KB)
Indexing metadata
6. Fig. 6. Distribution of Fe3C nanoparticles obtained by DRS method: a - by number of particles, b - by intensity.

Download (121KB)
Indexing metadata
7. Fig. 7. Distribution of Fe@Fe3C nanoparticles obtained by DRS method: a - by number of particles, b - by intensity.

Download (247KB)
Indexing metadata
8. Fig. 8. Adsorption-desorption isotherms for Fe3C iron carbide nanoparticles.

Download (75KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».