Synthesis and Study of Iron-Graphene Composites

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Iron-graphene composites were synthesized by heat treatment of a mixture of iron (III) nitrate and graphite oxide in an argon flow, followed by reduction in a hydrogen flow. The composites were characterized by elemental analysis, thermogravimetry, scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectra and construction of maps of the spatial distribution of components, X-ray phase analysis, and Mössbauer spectroscopy. It was shown that the synthesized composites are sheets of a graphene-like material with iron-containing nanoparticles deposited on them, the size of which depends on the concentration of the iron compound in the original mixture. Iron nanoparticles in the obtained composites are rapidly oxidized upon short-term contact with air and can be restored by cyclic treatment at 400°C, including vacuuming the composite followed by exposure to hydrogen under pressure.

About the authors

A. A. Arbuzov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: arbuzov@icp.ac.ru
Chernogolovka, 142432 Russia

I. D. Shamov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Chernogolovka, 142432 Russia

M. A. Blagov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Chernogolovka, 142432 Russia

M. V. Lototskyy

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences; HySA Systems Centre of Competence, University of the Western Cape

Chernogolovka, 142432 Russia; Bellville, 7535 South Africa

B. P. Tarasov

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Chernogolovka, 142432 Russia

References

  1. Hu Y., Wu P., Zhang H., Cai Ch. // Electrochim. Acta. 2012. Vol. 85. P. 314. doi: 10.1016/j.electacta.2012.08.080
  2. Akyol D., Özcan A., Kepir Z.D., Özcan A. // Mater. Chem. Phys. 2025. Vol. 346. Art. ID 131339. doi: 10.1016/j.matchemphys.2025.131339
  3. Кущ С.Д., Куюнко Н.С., Арбузов А.А., Коршунова Л.А., Бондаренко Г.В. // ЖОХ. 2017. Т. 87. № 7. С. 1072; Kushch S.D., Kuyunko N.S., Arbuzov A.A., Korshunova L.A., Bondarenko G.V. // Russ. J. Gen. Chem. 2017. Vol. 87. N 7. P. 1466. doi: 10.1134/S1070363217070040
  4. Клюев М.В., Арбузов А.А., Магдалинова Н.А., Калмыков П.А., Тарасов Б.П. // ЖФХ. 2016. Т. 90. № 9. С. 1331; Klyuev M.V., Arbuzov A.A., Magdalinova N.A., Kalmykov P.A., Tarasov B.P. // Russ. J. Phys. Chem. 2016. Vol. 90. N 9. P. 1749. doi: 10.1134/S0036024416090144
  5. Tarasov B.P., Arbuzov A.A., Volodin A.A., Fursikov P.V., Mozhzhuhin S.A., Lototskyy M.V., Yartys V.A. // J. Alloys Compd. 2021. Vol. 896. Art. ID 162881. doi: 10.1016/j.jallcom.2021.162881
  6. Singh S., Bhatnagar A., Shukla V., Pandey A.P., Shaz M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2025. Vol. 107. P. 96. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.12.331
  7. Tarasov B.P., Arbuzov A.A., Mozhzhukhin S.A., Volodin A.A., Fursikov P.V., Davids M.W., Adeniran J., Lototskyy M.V. // Inorganics. 2023. Vol. 11. Art. ID 290. doi: 10.3390/inorganics11070290
  8. Kryvutsa N., Eloy P., Hackens B., Hermans S. // Mol. Catal. 2023. Vol. 545. Art. ID 113222. doi: 10.1016/j.mcat.2023.113222
  9. Wang H., Robinson J.T., Diankov G., Dai H. // J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol. 132. P. 3270. doi: 10.1021/ja100329d
  10. Арбузов А.А., Мурадян В.Е., Тарасов Б.П., Соколов Е.А., Бабенко С.Д. // ЖФХ. 2016. Т. 90. № 5. С. 663; Arbuzov A.A., Muradyan V.E., Tarasov B.P., Sokolov E.A., Babenko S.D. // Russ. J. Phys. Chem. 2016. Vol. 90. N 5. P. 907. doi: 10.1134/S0036024416050071
  11. Tucek J., Sofer Z., Bousa D., Pumera M., Hola K., Mala A., Polakova K., Havrdova M., Cepe K., Tomanec O., Zboril R. // Nat. Commun. 2016. Vol. 7. Art. ID 12879. doi: 10.1038/ncomms12879
  12. Khannanov A., Kiiamov A., Valimukhametova A., Tayurskii D.A., Börrnert F., Kaiser U., Eigler S., Vagizov F.G., Dimiev A.M. // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140. P. 9051. doi: 10.1021/jacs.8b04829
  13. Chen Y., Song B., Tang X., Lu L., Xue J. // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22. P. 17656. doi: 10.1039/C2JM32057F
  14. Zhang K., Liu1 Y., Liu Y., Yan Y., Ma G., Zhong B., Che R., Huang X. // Nano-Micro Lett. 2024. Vol. 16. Art. ID 66. doi: 10.1007/s40820-023-01280-6
  15. Luo Zh., Quan J., Ding T., Xu B., Li W., Mao Q., Ma W., Li M., Xiang H., Zhu M. // J. Alloys Compd. 2024. Vol. 980. Art. ID 173614. doi: 10.1016/j.jallcom.2024.173614
  16. Nguyen Q.X.T., Dang T.-D., Cao H.H., La D.D. // Microchem. J. 2025. Vol. 212. Art. ID 113418. doi: 10.1016/j.microc.2025.113418
  17. Liu X., Xiang J., Xue Y., Zhao J., Ma X., Ge L., Li F., Gai P. // Sens. Actuators (B). 2025. Vol. 440. Art. ID 137931. doi: 10.1016/j.snb.2025.137931
  18. Tang Y., Zhou J., Chen W., Chai H., Li Y., Feng Zh., Dai X. // Mol. Catal. 2019. Vol. 476. Art. ID 110524. doi: 10.1016/j.mcat.2019.110524
  19. Hong S., Kauppinen M.M., Miu E.V., Mpourmpakis G., Grönbeck H. // Cat. Sci. Tech. 2023. Vol. 13. P. 6999. doi: 10.1039/d3cy01335a
  20. Alatalo S.-M., Daneshvar E., Kinnunen N., Meščeriakovas A., Thangaraj S.K., Jänis J., Tsang D.C.W., Bhatnagar A., Lähde A. // Chem. Eng. J. 2019. Vol. 373. P. 821. doi: 10.1016/j.cej.2019.05.118
  21. Liang J., Liu J., Guo L., Wang W., Wang Ch., Gao W., Guo X., He Y., Yang G., Yasuda Sh., Liang B., Tsubaki N. // Nat. Commun. 2024. Vol. 15. P. 512. doi: 10.1038/s41467-024-44763-9
  22. Zhou D., Cui K., Zhou Zh., Liu Ch., Zhao W., Li P., Qu X. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. P. 34369. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.07.230
  23. Soni P.K., Bhatnagar A., Shukla V., Shaz M.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47. P. 21391. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.264
  24. Арбузов А.А., Мурадян В.Е., Тарасов Б.П. // Изв. АН. Сер. хим. 2013. № 9. C. 1962; Arbuzov A.A., Muradyan V.E., Tarasov B.P. // Russ. Chem. Bull. 2013. Vol. 62. N 9. P. 1962. doi: 10.1007/s11172-013-0284-x
  25. Hummers W.S., Offeman R.E. // J. Am. Chem. Soc. 1957. Vol. 80. P. 1339. doi: 10.1021/ja01539a017
  26. Huh S.H. // Carbon. 2014. Vol. 78. P. 617. doi: 10.1016/j.carbon.2014.07.034
  27. Park S., An J., Potts J.R., Velamakanni A., Murali Sh., Ruoff R.S. // Carbon. 2011. Vol. 49. P. 3019. doi: 10.1016/j.carbon.2011.02.071
  28. Чуев М.А. // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 3. С. 402; Chuev M.A. // Crystallogr. Rep. 2020. Vol. 65. N 3. P. 387. doi: 10.1134/S1063774520030098
  29. Ajinkya N., Yu X., Kaithal P., Luo H., Somani P., Ramakrishna S. // Materials. 2020. Vol. 13. Art. ID 4644. doi: 10.3390/ma13204644
  30. Васильева Е.С., Толочко О.В., Семенов В.Г., Володин В.С., Kim D. // ПЖТФ. Т. 33. № 1. С. 81; Vasil’eva E.S., Tolochko O.V., Semenov V.G., Volodin V.S., Kim D. // Tech. Phys. Lett. 2007. Vol. 33. N 1. P. 40. doi: 10.1134/S1063785007010117
  31. Borysiuk J., Grabias A., Szczytko J., Bystrzejewski M., Twardowski A., Lange H. // Carbon. 2008. Vol. 46. N 13. P. 1693. doi: 10.1016/j.carbon.2008.07.011
  32. Цурин В.А., Ермаков А.Е., Уймин М.А., Мысик А.А., Щеголева Н.Н., Гавико В.С., Майков В.В. // Физика твердого тела. 2014. Т. 56. № 2. С. 287; Tsurin V.A., Yermakov A.Y., Uimin M.A., Mysik A.A., Shchegoleva N.N., Gaviko V.S., Maikov V.V. // Phys. Solid State. 2014. Vol. 56. N 2. P. 287. doi: 10.1134/S1063783414020309
  33. Киселева Т.Ю., Новакова А.А., Григорьева Т.Ф., Ляхов Н.З. // Кристаллография. 2023. Т. 68. № 3. С. 358; Kiseleva T.Yu., Novakova A.A., Grigoreva T.F., Lyakhov N.Z. // Crystallogr. Rep. 2023. Vol. 68. N 3. P. 363. doi: 10.1134/S1063774523700037
  34. Тюменцева А.В., Горбенко А.С., Ярославцев Р.Н., Столяр С.В., Герасимова Ю.В., Комогорцев С.В., Баюков О.А., Князев Ю.В., Волочаев М.Н., Ольховский И.А., Исхаков Р.С. // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 9. С. 1257; Tyumentseva A.V., Gorbenko A.S., Yaroslavtsev R.N., Stolyar S.V., Olkhovskiy I.A., Gerasimova Y.V., Komogortsev S.V., Bayukov O.A., Knyazev Y.V., Volochaev M.N., Iskhakov R.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2021. Vol. 85. N 9. P. 965. doi: 10.31857/S0367676521090180
  35. Larson A.C., Von Dreele R.B. General Structure Analysis System (GSAS). Report LAUR 86-748 (Los Alamos). 2004.
  36. Klencsár Z., Kuzmann E., Vértes A. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 1996. Vol. 210. N 1. P. 105. doi: 10.1007/BF02055410

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».