Synthesis and Study of the Properties of Porous Carbon–Carbon Nanocomposites with Nitrogen-Containing Carbon Nanofibers

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The possibility of synthesizing carbon–carbon nanocomposites with nanofibers embedded in a carbon matrix by two-stage dehydrochlorination (under the action of alkali followed by carbonization) of a carbon-chain chloropolymer has been shown. Chlorinated polyvinyl chloride was used as the initial chloropolymer, and nitrogen-containing carbon nanofibers (N-CNFs) were used as a nanoscale component. The structure of the resulting nanocomposites was examined by electron microscopy and the texture parameters were studied using low-temperature nitrogen adsorption–desorption. The introduction of N-CNFs into the carbon matrix and the activation of the resulting carbon–carbon nanocomposite in an atmosphere of CO2 contributed to the formation of a micro- and mesoporous material with a specific surface area of ~1100 m2/g. It was shown that the resulting nanocomposites were characterized by high energy capacity and energy efficiency when tested as electrodes of electrochemical supercapacitors.

About the authors

Yu. G. Kryazhev

Center of New Chemical Technologies BIC, Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: carbonfibre@yandex.ru
644040, Omsk, Russia

O. Yu. Pod”yacheva

Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: pod@catalysis.ru
630090, Novosibirsk, Russia

M. V. Trenikhin

Center of New Chemical Technologies BIC, Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: tremv@yandex.ru
644040, Omsk, Russia

T. I. Gulyaeva

Center of New Chemical Technologies BIC, Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: tangul-8790@ihcp.ru
644040, Omsk, Russia

I. V. Anikeeva

Center of New Chemical Technologies BIC, Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: irina_anikeeva@inbox.ru
644040, Omsk, Russia

Yu. M. Vol’fkovich

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: yuvolf40@mail.ru
119071, Moscow, Russia

A. Yu. Rychagov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: rychagov69@mail.ru
119071, Moscow, Russia

References

  1. Sanjines R., Abad M.D., Vâju Cr., Smajda R., Mionic M., Magrez A. // Surf. and Coat. Techn. 2011. V. 206. I. 4. P. 727. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.01.025
  2. Zhong R., Sels B. // Appl. Cat. B: Env. 2018. V. 236. P. 518.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.05.012
  3. Zou W., Gao B., Ok Yo., Dong L. // Chemosphere. 2019. V. 218. P. 845.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.11.175
  4. Peng Y., Chen Sh. // Green Ener.&Envir.2018. V. 3. I. 4. P. 335.https://doi.org/10.1016/j.gee.2018.07.006
  5. Koyama S., Haniu H., Osaka K., Koyama H., Kuroiwa N., Endo M., Kim Y. A., Hayashi T. // Small. 2006. V. 2. I. 12. P. 1406.https://doi.org/10.1002/smll.200500416
  6. Patel D., Kim H.-B., Dutta S. D., Ganguly K., Lim K.-T. // Materials. 2020. V. 13. I. 7. P. 1679.https://doi.org/10.3390/ma13071679
  7. Vijaya Bhaskar Reddy A., Madhavi V., Ahmad, A., Madhavi G. // Green Energy and Technology. 2021. Springer. Singapore. P. 246. https://doi.org/10.1007/978-981-15-6699-8_1
  8. Noamani S., Niroomand S., Rastgar M., Sadrzadeh M. // Npj Clean Water. 2019. V. 2. № 20.https://doi.org/10.1038/s41545-019-0044-z
  9. Jiang X., Wu Y., MaoX., Cui X., Zhu L. // Sensors and Actuators. B: Chemical. V. 153. I. 1. P. 158. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.10.023
  10. Su D.S., Schlogl R. // Chem. Eur. Spec. Iss.: MPI EnerChem. V. 3. I. 2. P. 136. https://doi.org/10.1002/cssc.200900182
  11. Dresselhaus M., Terrones M. // Proc. IEEE. 2013. V. 101. P. 1522.https://doi.org/10.1109/JPROC.2013.2261271
  12. Li Q., Chen L., Li X., Zhang J., Zhang X., Zheng K., Fang F., Zhou H., Tian X. // Compos. A Appl. Sci. Manuf. 2016. V. 82. P. 214. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.11.014
  13. An H., Feng B., Su S. // Carbon. 2009. V. 47. I. 10. P. 2396. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.04.029
  14. Li X., Li X., Zhou J., Dong Y., Xie Zh, Caia W., Zhang Ch. // RSC Adv. 2017. I. 69. P. 43965. https://doi.org/10.1039/C7RA08602D
  15. Zhang Y., Sun J., Tan J., Ma Ch.-H., Luo Sh., Li W., Liu Sh. // Fuel. 2021. V. 305. P. 121622. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121622
  16. Zhang B., Chen R., Yang Z., Chen Y., Zhou L., Yuan Y. // Intern. J. Hydr. Ener. 2019. V. 44. I. 59. P. 31094. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.10.045
  17. Krasnikova I., Mishakov I., Vedyagin A., Krivoshapkin P., Korneev D. // Comp. Comm. 2018. V. 7. P. 65–68. https://doi.org/10.1016/j.coco.2018.01.002
  18. Yang Y.-S., Wang C.-Y., Chen M.-M., Shi Zh.-Q., Zheng J.-M. // J. Solid St. Chem. 2010. V. 183. I. 9. P. 2116. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2010.07.011
  19. Khan M., Tiehu L., Hussain A., Raza A. // Diam. And Rel. Mater. 2022. V. 126. P. 109077. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109077
  20. Аникеева И.В., Кряжев Ю.Г., Солодовниченко В.С., Дроздов В.А. // ХТТ. 2012. № 4. С. 70. [Solid Fuel Chemistry. 2012. V. 46. № 4. P. 271. doi: 10.3103/S0361521912040039]
  21. Кряжев Ю.Г., Вольфкович Ю.М., Мельников В.П., Рычагов А.Ю., Тренихин М.В., Солодовниченко В.С., Запевалова Е.С., Лихолобов В.А. // Физ. хим. поверхности и защиты материалов. 2017. Т. 53. № 3. С. 266. [Prot. of Met. and Phys. Chem. of Surf. 2017. V. 53. № 2. С. 268. doi: 10.1134/s2070205117020150] href='https://doi.org/10.7868/s0044185617030111' target='_blank'>https://doi.org/10.7868/s0044185617030111
  22. Кряжев Ю.Г., Солодовниченко В.С. // ХТТ. 2012. № 5. С. 54. [Solid Fuel Chemistry. 2012. V. 46. № 5. P. 330. doi: 10.3103/S0361521912050060]
  23. Podyacheva O.Yu., Ismagilov Z.R. // Catal. Today. 2015. V. 249. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.10.033
  24. Shalagina A.E., Ismagilov Z.R., Podyacheva O.Yu., Kvon R.I., Ushakov V.A. // Carbon. 2007. V. 45. P. 1808–1820. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2007.04.032
  25. Podyacheva O.Y., Cherepanova S.V., Romanenko A.I., Kibis L.S., Svintsitskiy D.A., Boronin A.I., Stonkus O.A., Suboch A.N., Puzynin A.V., Ismagilov Z.R. // Carbon. 2017. V. 122. P. 475. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.094
  26. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. IUPAC Technical Report.2015. V. 89. I. 9–10. P. 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
  27. Inagaki M., Konno H., Tanaike O. // J. of Pow. Sour. 2010. V. 195. I. 24. P. 7880. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.036
  28. Conway B. // Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications. Springer Science & Business Media. 1999. 685 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3058-6
  29. Bagotsky V.S., Skundin A.M., Volfkovich Yu.M. // Electrochemical Power Sources. Batteries, Fuel Cells, Supercapacitors.JhonWiely& Sons Inc. Publisher. N.J. USA. 2015. 372 p.
  30. Volfkovich Yu.M., Bograchev D.A., Rychagov A.Yu., Sosenkin V.E., Chaika M.Yu. // J. Solid State Electrochem. 2015. V. 19. P. 19: 2771–2779. https://doi.org/10.1007/s10008-015-2804-0
  31. Volfkovich Yu.M., Bograchev D.A., Mikhalin A.A., Ba-gotsky V.S. // Solid State Electrochem.2014. V. 18. P. 1351. https://doi.org/10.1007/s10008-013-2271-4
  32. Подъячева О.Ю., Субоч А.Н., Яшник С.А., Сальников А.В., Черепанова С.В., Кибис Л.С., Сименюк Г.Ю., Романенко А.И., Исмагилов З.Р. // Журн. структурной химии. 2021. Т. 62. № 5. С. 827. https://doi.org/10.26902/JSC_id72907
  33. Langendahl P.-A., Roby H., Potter S., Cook M. // EnergyRes. Soc. Sci. 2019. V. 58. P. 101277. https://doi.org/10.1016/j.erss.2019.101277
  34. Chapaloglou S., Nesiadis A., Iliadis P., Atsoniosa K., Nikolopoulosa N., Grammelisa P., Yiakopoulosb Ch., Antoniadisb I., Kakaras E. // Appl. Energy. 2019. V. 238. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.102
  35. Вольфкович Ю.М. // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 4. С. 197–238. https://doi.org/10.31857/S0424857021040101
  36. Volfkovich Yu.M., Filippov A.N., Bagotsky V.S. // Springer Publisher. London. 2014. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-6377-0
  37. Volfkovich Yu.M., Sakars A.V., Volinsky A.A. // Int. J. Nanotechnology. 2005. V. 2. P. 292. https://doi.org/10.1504/IJNT.2005.008066

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (31KB)
Indexing metadata
3.

Download (1MB)
Indexing metadata
4.

Download (1MB)
Indexing metadata
5.

Download (192KB)
Indexing metadata
6.

Download (87KB)
Indexing metadata
7.

Download (61KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Ю.Г. Кряжев, О.Ю. Подъячева, М.В. Тренихин, Т.И. Гуляева, И.В. Аникеева, Ю.М. Вольфкович, А.Ю. Рычагов

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».