Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2025, выпуск 2 » Статья стр. 314
<<<>>>
Модификация протонопроводящих перфторированных мембран оксидом графена
Российский научный фонд, 23-23-00129
Кульвелис Ю.В. 1, Лебедев В.Т. 1, Швидченко А.В. 2, Тудупова Б.Б. 1,2, Куулар В.И. 1,2, Евлампиева Н.П. 3, Мариненко Е.А. 4, Одиноков А.С. 5, Примаченко О.Н. 4, Гофман И.В. 4
1Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Гатчина, Ленинградская область, Россия
2Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
3Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
4Филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ "Курчатовский институт" --- Институт высокомолекулярных соединений, Санкт-Петербург, Россия
5Российский научный центр "Прикладная химия", Санкт-Петербург, Россия
Email: kulvelis_yv@pnpi.nrcki.ru, lebedev_vt@pnpi.nrcki.ru, avshvid@mail.ioffe.ru, biligma0201@gmail.com, kdm-333@mail.ru, n.yevlampieva@spbu.ru, emarinenkospb@gmail.com, a.odinokov@giph.su, alex-prima@mail.ru, gofman@imc.macro.ru
Поступила в редакцию: 12 октября 2024 г.
В окончательной редакции: 12 октября 2024 г.
Принята к печати: 12 октября 2024 г.
Выставление онлайн: 31 января 2025 г.
PDF версия
На базе перфторированного сополимера типа AquivionoledR получены композитные протонопроводящие мембраны с оксидом графена методом полива смеси компонентов на подложку с последующим испарением растворителя. При долях CGO≥ 0.05 wt.% оксид графена как модификатор в матрице создавал крупномасштабные структуры типа фибрилл (поперечный размер ~ 1 mm) с параллельной укладкой на масштабах ~ 10 mm. В пределах фибрилл данные сканирующей электронной микроскопии показали параллельную упаковку листов оксида графена, чередующихся с полимерными слоями. При CGO = 0.1 и 0.2 wt.% тесты на растяжение образцов вдоль фибрилл демонстрировали повышенные модуль упругости и предел эластичности относительно данных при поперечной деформации. Меньшие доли модификатора (0.02, 0.05 wt.%) вызвали упрочнение, увеличение деформационного ресурса и протонной проводимости (~ 10%, данные при 22, 50oС) преимущественно вдоль фибрилл. Найденная взаимосвязь структуры, механических и проводящих свойств композитов при вариации доли модификатора позволит направленно конструировать мембраны, регулируя их характеристики и степень анизотропии. Ключевые слова: композиты, наноматериалы, слоистые структуры, прочность, протонная проводимость.
  1. K.R. Mugtasimova, A.P. Melnikov, E.A. Galitskaya, A.M. Kashin, Yu.A. Dobrovolskiy, G.M. Don, V.S. Likhomanov, A.V. Sivak, V.V. Sinitsyn. Ionics, 24, 3897 (2018). DOI: 10.1007/s11581-018-2531-5
  2. M. Vinothkannan, A.R. Kim, G.G. Kumar, D.J. Yoo. RSC Adv., 8, 7494 (2018). DOI: 10.1039/c7ra12768e
  3. B. Barik, A. Kumar, Y. Namgung, L. Mathur, J.-Y. Park, S.-J. Song. Int. J. Hydr. En., 48 (75), 29313 (2023). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.04.102
  4. J. Ruhkopf, U. Plachetka, M. Moeller, O. Pasdag, I. Radev, V. Peinecke, M. Hepp, C. Wiktor, M.R. Lohe, X. Feng, B. Butz, M.C. Lemme. ACS Appl. Eng. Mater., 1 (3), 947 (2023). DOI: 10.1021/acsaenm.2c00234
  5. R.M.N. Javed, A.Al-Othman, M. Tawalbeh, A.G. Olabi. Renew. Sustain. En. Rev., 168, 112836 (2022). DOI: 10.1016/j.rser.2022.112836
  6. D. Ion-Ebrasu, B.G. Pollet, A. Spinu-Zaulet, A. Soare, E. Carcadea, M. Varlam, S. Caprarescu. Int. J. Hydr. En., 44 (21), 10190 (2019). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.02.148
  7. М.В. Гудков, Д.Ю. Столярова, К.А. Шиянова, В.П. Мельников. Высокомолек. соед. Серия С, 64 (1), 45 (2022). DOI: 10.31857/S2308114722010022
  8. D.A. Gkika, V. Karmali, D.A. Lambropoulou, A.C. Mitropoulos, G.Z. Kyzas. Membranes, 13, 127 (2023). DOI: 10.3390/membranes13020127
  9. A. Kausar, I. Ahmad, T. Zhao, O. Aldaghri, M.H. Eisa. Processes, 11, 927 (2023). DOI: 10.3390/pr11030927
  10. E.O. Ezugbe, S. Rathilal. Membranes, 10, 89 (2020). DOI: 10.3390/membranes10050089
  11. C. Lavorato, E. Fontananova. Microorganisms, 11, 310 (2023). DOI: 10.3390/microorganisms11020310
  12. Y. Kan, J.V. Bondareva, E.S. Statnik, E.V. Koudan, E.V. Ippolitov, M.S. Podporin, P.A. Kovaleva, R.R. Kapaev, A.M. Gordeeva, J. Cvjetinovic, D.A. Gorin, S.A. Evlashin, A.I. Salimon, F.S. Senatov, A.M. Korsunsky. Int. J. Mol. Sci., 24, 6255 (2023). DOI: 10.3390/ijms24076255
  13. A. Ali, M.I. Vohra, A. Nadeem, B.S. Al-Anzi, M. Iqbal, A.A. Memon, A.H. Jatoi, J. Akhtar, J. Yang, K.H. Thebo. ACS Appl. Polym. Mater., 6 (8), 4747 (2024). DOI: 10.1021/acsapm.4c00285
  14. F. Dorey, L.A. Furer, S. Zehnder, R. Furrer, R. Bronnimann, I. Shorubalko, T. Buerki-Thurnherr. J. Mater. Chem. B, 11 (42), 10097 (2023). DOI: 10.1039/D3TB01784B
  15. А.К. Евсеев, С.В. Журавель, А.Ю. Алентьев, И.В. Горончаровская, С.С. Петриков. Мембраны и мембранные технологии, 9 (4), 235 (2019). DOI: 10.1134/S2218117219040023 [A.K. Evseev, S.V. Zhuravel, A.Yu. Alentiev, I.V. Goroncharovskaya, S.S. Petrikov. Membr. Membr. Technol., 1 (4), 201 (2019). DOI: 10.1134/S2517751619040024]
  16. П.Л. Иванов, А.Ю. Алентьев, С.В. Чирков. Мембранный половолоконный оксигенатор крови (Патент RU 2 750 524 C1, 2020)
  17. E. Pasqualotto, E. Cretaio, M. Scaramuzza, A. De Toni, L. Franchin, A. Paccagnella, S. Bonaldo. Biosensors, 12 (12), 1079 (2022). DOI: 10.3390/bios12121079
  18. В.В. Жмакин, С.Ю. Маркова, В.В. Тепляков, М.Г. Шалыгин. Мембраны и мембранные технологии, 13 (2), 128 (2023). DOI: 10.31857/S2218117223020086 [V.V. Zhmakin, S.Yu. Markova, V.V. Teplyakov, M.G. Shalygin. Membr. Membr. Technol., 5 (2), 107 (2023). DOI: 10.1134/s2517751623020087]
  19. M. Schalenbach, T. Hoefner, P. Paciok, M. Carmo, W. Lueke, D. Stolten. J. Phys. Chem. C, 119 (45), 25145 (2015). DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b04155
  20. Y. Cheng, C.I. Moraru. Colloids Surf. B: Biointerfaces, 162, 16 (2018). DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.11.016
  21. R. Wilson, G. George, A.J. Jose. In: New polymer nanocomposites for environmental remediation, eds. C.M. Hussain, A.K. Mishra (Elsevier Inc., 2018), Ch. 18, р. 457. DOI: 10.1016/B978-0-12-811033-1.00018-4
  22. S.F. Nitodas, M. Das, R. Shah. Membranes, 12, 454 (2022). DOI: 10.3390/membranes12050454
  23. Е.Н. Караулова, Е.И. Багрий. Успехи химии, 68 (11), 979 (1999). [E.N. Karaulova, E.I. Bagrii. Rus. Chem. Rev., 68 (11), 889 (1999). DOI: 10.1070/RC1999v068n11ABEH000499]
  24. Т.П. Дьячкова, А.Г. Ткачев Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок (Спектр, М., 2013). 152 с. ISBN 978-5-4442-0050-6
  25. A.E. Aleksenskii. In: Detonation Nanodiamonds. Science and Applications, eds. A.Y. Vul, O.A. Shenderova (Pan Stanford Publishing, Danvers, MA, USA, 2014), p. 37-72
  26. A. Aleksenskii, M. Bleuel, A. Bosak, A. Chumakova, A. Dideikin, M. Dubois, E. Korobkina, E. Lychagin, A. Muzychka, G. Nekhaev, V. Nesvizhevsky, A. Nezvanov, R. Schweins, A. Shvidchenko, A. Strelkov, K. Turlybekuly, A. Vul', K. Zhernenkov. Nanomaterials, 11 (8), 1945 (2021). DOI: 10.3390/nano11081945
  27. O.V. Tomchuk, V. Ryukhtin, O. Ivankov, A.Ya. Vul', A.E. Aleksenskii, L.A. Bulavin, V.L. Aksenov, M.V. Avdeev. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructures, 28 (4), 272 (2020). DOI: 10.1080/1536383X.2019.1697686
  28. А.В. Петров, К.Н. Семенов, И.В. Мурин. ЖОХ, 90 (5), 818 (2020). DOI: 10.31857/S0044460X2005025X [A.V. Petrov, K.N. Semenov, I.V. Murin. Russ. J. Gen. Chem., 90 (5), 927 (2020). DOI: 10.1134/S1070363220050308]
  29. И.И. Кулакова, Г.В. Лисичкин. ЖОХ, 90 (10), 1601 (2020). DOI: 10.31857/S0044460X20100157 [I.I. Kulakova, G.V. Lisichkin. Russ. J. Gen. Chem., 90 (10), 1921 (2020). DOI: 10.1134/S1070363220100151]
  30. D. Chen, H. Feng, J. Li. Chem. Rev., 112 (11), 6027 (2012). DOI: 10.1021/cr300115g
  31. В.Н. Постнов, Н.А. Мельникова, Г.А. Шульмейстер, А.Г. Новиков, И.В. Мурин, А.Н. Жуков. ЖОХ, 87 (11), 1932 (2017). [V.N. Postnov, N.A. Melnikova, G.A. Shulmeister, A.G. Novikov, I.V. Murin, A.N. Zhukov. Russ. J. Gen. Chem., 87 (11), 2754 (2017). DOI: 10.1134/S1070363217110391]
  32. V.T. Lebedev, Y.V. Kulvelis, A.V. Shvidchenko, O.N. Primachenko, A.S. Odinokov, E.A. Marinenko, A.I. Kuklin, O.I. Ivankov. Membranes, 13, 850 (2023). DOI: 10.3390/membranes13110850
  33. V.T. Lebedev, Yu.V. Kulvelis, A.S. Odinokov, O.N. Primachenko, S.V. Kononova, E.M. Ivan'kova, V.A. Orlova, N.P. Yevlampieva, E.A. Marinenko, I.V. Gofman, A.V. Shvidchenko, G.S. Peters. J. Membr. Sci. Lett., 4 (1), 100070 (2024). DOI: 10.1016/j.memlet.2024.100070
  34. D.M. Sterescu, L. Bolhuis-Versteeg, N.F.A. van der Vegt, D. Stamatialis, M. Wessling. Macromol. Rapid Comm., 25 (19), 1674 (2004). DOI: 10.1002/marc.200400296
  35. A.F. Yazid, H. Mukhtar, R. Nasir, D.F. Mohshim. Membranes, 12 (6), 589 (2022). DOI: 10.3390/membranes12060589
  36. P. Kamedulski, M. Skorupska, P. Binkowski, W. Arendarska, A. Ilnicka, J.P. Lukaszewicz. Sci. Rep., 11, 22054 (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-01154-0
  37. S.K. Kandasamy. In: Graphene, Nanotubes and Quantum Dots-Based Nanotechnology. Fundamentals and Applications (Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, 2022), Ch. 8, р. 155-172. DOI: 10.1016/B978-0-323-85457-3.00024-4
  38. A.Ya. Vul, A.T. Dideikin, A.E. Aleksenskiy, M.V. Baidakova. In: Nanodiamond, RSC Nanoscience and Nanotechnology, ed. O.A. Williams (RSC Publishing, Cardiff, 2014)
  39. A.B. Yaroslavtsev, I.A. Stenina. Mendeleev Commun., 31 (4), 423 (2021). DOI: 10.1016/j.mencom.2021.07.001
  40. A.B. Yaroslavtsev, I.A. Stenina, D.V. Golubenko. Pure Appl. Chem., 92 (7), 1147 (2020). DOI: 10.1515/pac-2019-1208
  41. Z. Cui, E. Drioli, Y.M. Lee. Prog. Polym. Sci., 39 (1), 164 (2014). DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2013.07.008
  42. T. Li, J. Shen, G. Chen, S. Guo, G. Xie. ACS Omega, 5 (28), 17628 (2020). DOI: 10.1021/acsomega.0c02110
  43. K. Schmidt-Rohr, Q. Chen. Nat. Mater., 7, 75 (2008). DOI: 10.1038/nmat2074
  44. A. Eisenberg. Macromolecules, 3 (2), 147 (1970). DOI: 10.1021/ma60014a006
  45. A. Eisenberg, B. Hird, R.B. Moore. Macromolecules, 23 (18), 4098 (1990). DOI: 10.1021/ma00220a012
  46. M. Fujimura, T. Hashimoto, H. Kawai. Macromolecules, 15 (1), 136 (1982). DOI: 10.1021/ma00229a028
  47. G. Gebel. Macromolecules, 33 (13), 4850 (2000). DOI: 10.1021/ma9912709
  48. A.-L. Rollet, O. Diat, G. Gebel. J. Phys. Chem. B., 106 (12), 3033 (2002). DOI: 10.1021/jp020245t
  49. L. Rubatat, G. Gebel, O. Diat. Macromolecules, 37 (20), 7772 (2004). DOI: 10.1021/ma049683j
  50. G. Gebel, O. Diat. Fuel Cells, 5 (2), 261 (2005). DOI: 10.1002/fuce.200400080
  51. K.-D. Kreuer. Chem. Mater., 26 (1), 361 (2014). DOI: 10.1021/cm402742u
  52. K.-D. Kreuer, G. Portale. Adv. Funct. Mater., 23 (43), 5390 (2013). DOI: 10.1002/adfm.201300376
  53. J.A. Elliott, D. Wu, S.J. Paddison, R.B. Moore. Soft Matter, 7, 6820 (2011). DOI: 10.1039/C1SM00002K
  54. W.S. Hummers, R.E. Offeman. J. Am. Chem. Soc., 80, 1339 (1958). DOI: 10.1021/ja01539a017
  55. М.К. Рабчинский, А.Д. Трофимук, А.В. Швидченко, М.В. Байдакова, С.И. Павлов, Д.А. Кириленко, Ю.В. Кульвелис, М.В. Гудков, К.А. Шиянова, В.С. Коваль, Г.С. Петерс, В.Т. Лебедев, В.П. Мельников, А.Т. Дидейкин, П.Н. Брунков. ЖТФ, 92 (12), 1853 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.12.53913.208-22 [M.K. Rabchinskii, A.D. Trofimuk, A.V. Shvidchenko, M.V. Baidakova, S.I. Pavlov, D.A. Kirilenko, Yu.V. Kulvelis, M.V. Gudkov, K.A. Shiyanova, V.S. Koval, G.S. Peters, V.T. Lebedev, V.P. Melnikov, A.T. Dideikin, P.N. Brunkov. Tech. Phys., 67 (12), 1611 (2022). DOI: 10.21883/TP.2022.12.55197.208-22]
  56. O.N. Primachenko, A.S. Odinokov, E.A. Marinenko, Y.V. Kulvelis, V.G. Barabanov, S.V. Kononova. J. Fluor. Chem., 244, 109736 (2021). DOI: 10.1016/j.jfluchem.2021.109736
  57. O.N. Primachenko, Yu.V. Kulvelis, A.S. Odinokov, N.V. Glebova, A.O. Krasnova, L.A. Antokolskiy, A.A. Nechitailov, A.V. Shvidchenko, I.V. Gofman, E.A. Marinenko, N.P. Yevlampieva, V.T. Lebedev, A.I. Kuklin. Membranes, 12 (9), 827 (2022). DOI: 10.3390/membranes12090827
  58. О.Н. Примаченко, А.С. Одиноков, В.Г. Барабанов, В.П. Тюльманков, Е.А. Мариненко, И.В. Гофман, С.С. Иванчев. ЖПХ, 91 (1), 110 (2018). [O.N. Primachenko, A.S. Odinokov, V.G. Barabanov, V.P. Tyul'mankov, E.A. Marinenko, I.V. Gofman, S.S. Ivanchev. Russ. J. Appl. Chem., 91, 101 (2018). DOI: 10.1134/S1070427218010160]

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme