Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Большое число исследований выполнено по адсорбционному равновесию воды и гидроксилированию—дегидроксилированию поверхностей диоксидов титана и циркония. Несмотря на некоторый разброс данных, в целом наблюдается хорошее согласие для работ различных авторов. Удаление молекулярной воды с поверхности оксидов происходит при 150-250 °С. При откачке при температурах выше 500-600 °С происходит полное дегидроксилирование поверхности. Гидроксильный покров оксидов полностью восстанавливается при обработке дегидроксилированных поверхностей парами воды. Однако при прокаливании при более высоких температурах ( 800 °С) дегидроксилирование протекает необратимо, и гидроксильный покров таких поверхностей восстанавливается лишь частично даже после длительной обработки водой (рис. 2.10).

ПОИСК





Химия поверхности углеродных материалов

из "Химия привитых поверхностных соединений"

Большое число исследований выполнено по адсорбционному равновесию воды и гидроксилированию—дегидроксилированию поверхностей диоксидов титана и циркония. Несмотря на некоторый разброс данных, в целом наблюдается хорошее согласие для работ различных авторов. Удаление молекулярной воды с поверхности оксидов происходит при 150-250 °С. При откачке при температурах выше 500-600 °С происходит полное дегидроксилирование поверхности. Гидроксильный покров оксидов полностью восстанавливается при обработке дегидроксилированных поверхностей парами воды. Однако при прокаливании при более высоких температурах ( 800 °С) дегидроксилирование протекает необратимо, и гидроксильный покров таких поверхностей восстанавливается лишь частично даже после длительной обработки водой (рис. 2.10). [c.59]
В последние два десятилетия созданы новые углеродные материалы, такие как ультрадисперсный алмаз (УДА), различные углерод-углеродные композиционные материалы, пористые углеродные материалы (сибунит, волокнистый углерод), получены также углеродные наноструктуры (фуллерен, углеродные нанотрубки, графитовые нановолокна). [c.60]
Углеродные материалы различаются большим разнообразием форм. Если раньше алмаз не относили к УМ, то сейчас этого делать нельзя, так как УДА является, например, основой для создания нанопористого углеродного композиционного материала и может быть использован как высокоэффективный и сверхспецифичный сорбент [114]. [c.60]
Свойства любого углеродного материала (как состояш его из определенного вида надмолекул углерода) зависят от того, какова структура углеродного остова [115] и каково химическое состояние его поверхности. Последнее особенно важно для углеродных материалов, используемых в качестве сорбентов. [c.60]
На поверхности углеродного материала есть свободные валентности (оборванные связи), которые локализованы теми или иными функциональными группами. Но в зависимости от того, в какой гибридизации находятся атомы углерода, образующие данный углеродный материал, имеется разное количество этих оборванных связей и, следовательно, разная концентрация локализующих их функциональных групп. [c.60]
Попытки получить поверхность алмаза без функционального покрова раскалыванием кристалла в высоком вакууме показали, что лишь 1-1,5 % поверхностных атомов углерода имеют неспаренный электрон [116, 117]. Основная часть оборванных связей рекомбинирует, приводя к реконструкции поверхности. Образцы графита и саж также дают спектры ЭПР, но их обычно связывают с наличием радикалов семихинона. [c.60]
На алмазе (атомы углерода в sp -гибридизации) теоретически все поверхностные атомы углерода могут обладать свободными валентностями. При этом число и направление последних зависит от кристаллографической ориентации граней алмаза. Так, на гранях (111) и (110) имеется по одной оборванной связи у каждого атома углерода, а на грани (100) — по две. На грани (111) эти связи нгшравлены перпендикулярно к поверхности, тогда как на гранях (ПО) и (100) — под углом [118]. [c.60]
В случае графита (атомы углерода в sp -гибридизации) доля атомов на поверхности, имеюшзих оборванные связи, невелика. Это только те атомы, которые находятся на призматических гранях кристалла графита. Атомы углерода, находящиеся на базальных плоскостях, образуют конденсированные ароматтические слои и не имеют оборванных связей. [c.60]
Б случае углеродных нанотрубок (основная часть атомов углерода в sjp-гибридизации) лишь очень небольшая доля атомов углерода может иметь оборванные связи — только на открытом конце трубки. На стенках трубки состояние атомов такое лж, как на базальных плоскостях графита, а на полусферах, закрывающих трубку, — подобно углероду в фуллеренах. [c.60]
Аналогичная картина характерна и для линейно-цепочечного углерода — кар-бина (атомы углерода в sp-гибридизации) [119] оборванные связи лишь на концах углеродной цепочки (по одной для полииновой и по две для кумуленовой). [c.60]
В случае смешанных, или переходных, форм углерода (атомы углерода в вр -, вр -, 5р-гибридизации) структура зависит от соотношения числа атомов углерода в той или иной гибридизации. К последним формам относится и аморфный углерод. Он образован химически связанными атомами, находяш имися в различном валентном состоянии (в разной гибридизации). Фактически он имеет структуру разупорядоченного мелкокристаллического графита. В частицах слои углерода (графитовые сетки) размером от десятков до тысяч ангстрем параллельны и расположены на равном расстоянии, но без строгой взаимной ориентации. Эти ароматические фрагменты связаны алифатическими цепочками. [c.61]
Даже такое простое рассмотрение свидетельствует о том, что поверхностные свойства углеродных материалов зависят от их структуры, и что большая поверхностная концентрация оборванных связей (а, следовательно, и поверхностных групп) будет на материалах с большим содержанием углерода в -гибридизации. Следует подчеркнуть,что относительная доля поверхностных атомов с оборванными связями от обш его числа атомов в частице увеличивается с ростом дисперсности углеродного материала. Так, для УДА до 15% от всех атомов углерода находится на поверхности частиц [118]. [c.61]
Использование разнообразных углеродных материалов в качестве сорбентов обусловлено тем, что эти материалы могут быть получены с достаточно развитой удельной поверхностью и с определенной химией поверхности. [c.61]
Селективность углеродных сорбентов может быть структурной, обусловленной наличием на поверхности ароматических структур (графитовых слоев), и химической, связанной с наличием на углеродной поверхности различных функциональных групп, способных участвовать в разного рода поверхностных реакциях. Особая селективность достигается, когда сорбенты имеют такую природу и такой состав поверхности, что протекающие при сорбции химические реакции с поверхностными группами обеспечивают различную прочность связывания отдельных компонентов. [c.61]
Определенный функциональный покров поверхности углеродного материала создается в процессе его получения и при последующей химической обработке. Поверхность любого УМ при контакте с кислородом воздуха окисляется (в большей или меньшей степени в зависимости от температуры) и на ней образуются различные кислородсодержащие функциональные группы. Среди них обнаружены гидроксильные, гидропероксидные, карбонильные (альдегидные и кетонные), карбоксильные, эфирные, ангидридные, фенольные, хиноидные, лактонные, лак-тидные и другие функциональные группы [120]. Эти группы идентифицированы различными химическими и физико-химическими методами (кислотно-основное титрование, качественные химические реакции, ИК-, УФ-спектроскопия, термодесорбция, микрогравиметрия и др.). [c.61]
Следует еще раз подчеркнуть, что соотношение между содержанием тех или иных групп зависит от условий окисления и природы углеродного материала. Так, хиноидные и фенольные группы обнаруживаются главным образом на материалах, имеюпщх в своей структуре ароматичесие фрагменты, т. е. на графите, саже, углях. [c.61]


Вернуться к основной статье


© 2024 chem21.info Реклама на сайте