Презентация от ИНХ СО РАН

1. Особенности электронных взаимодействий углеродных нанотрубок с инкапсулированными соединениями пниктогенов и халькогенов

Синтез образцов
В одну часть Н-образной ампулы
помещали ОУНТ (SWCNT), а в
другую фосфор, серу или фосфор
с
серой.
Затем
ампулу
вакуумировали и запаивали.
Для заполнения ОУНТ полисульфидами фосфора были
выбраны наиболее стабильные соединения.
4P+3S →P4S3
4P+10S →P4S10
Синтез в муфельной печи:
Т=700 °С, t=48 ч, ОУНТ:Х=1:2
Х = P, S, PxSy
X@ОУНТ — заполненные ОУНТ
(где Х = P, S, PxSy) после очистки

2. Синтез ОУНТ заполненных серой

HAADF-STEM исследование S@SWCNT.
(а) Изображение пучка ОУНТ и профиля элементарной линии на основе
EEL-спектров, собранных по пучку.
(б) Изображение пучка ОУНТ; отмеченный зеленым параллелограмм
указывает на область, используемую для исследования EELS-SPIM.
(c) Верхние панели: карты элементов S и C, полученные в результате
анализа EELS-SPIM; Нижний панели: левая цветовая карта
накладывается на изображения S (зеленый) и C (красный); правое
изображение HAADF-STEM было записано во время получения SPIM.
(d) Спектры EELS, измеренные в точках (i)-(v).
SPIM - SELECTIVE PLANE ILLUMINATION MICROSCOPY
Arenal Raul
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragon (INMA), CSIC-U. de Zaragoza,
50009, Zaragoza, Spain
11

3. Диагностика S@SWNT, Раман и XPS

S@SWNT
(после синтеза)
S@SWNT
(после очистки)
S@SWNT
(после синтеза)
S@SWNT
(после очистки)
C1s (a) and S2p (b) XPS spectra of pristine SWCNTs,
S@SWCNT/S, and S@SWCNT samples.
Заполнение SWNT серой по давлением 5 ГПа
(800оС, 2 часа)
12

4. HRTEM изображения P@ОУНТ

Titan
А.Л. Чувилин, В.О. Коротеев,
Наногуне, Сан-себастьян, Испания
15

5. Диагностика структуры P@ОУНТ

XPS C1s спектры ОУНТ и P@ОУНТ после очистки.
Рамановские спектры исходных ОУНТ и P@ОУНТ
до и после очистки.
XPS спектры в валентной зоне исходных ОУНТ и P@ОУНТи разностный профиль относящийся к вкладу фосфора.
HRTEM-изображение заполненных фосфором ОУНТ, показывающее три цепи внутри нанотрубки.
Поперечный и продольный виды фрагмента двойной цепи фосфора P58H8. Модель двойной цепи фосфора внутри
углеродной трубки (12,12). Смоделированный XPS спектр валентной полосы для двойной цепи свободного фосфора
(кривая 1) и внутри углеродной трубки (кривая 2).
A. A. Vorfolomeeva, N. A. Pushkarevsky, V. O. Koroteev, N. V. Surovtsev, A. L. Chuvilin, E. V. Shlyakhova,
P. E. Plyusnin, A. A. Makarova, A. V. Okotrub, L. G. Bulusheva «Doping of Carbon Nanotubes with
Encapsulated Phosphorus Chains» Inorg. Chem. 2022, 61, 9605−9614.
19

6. HR TEM изображения нанотрубок заполненных P4S3 и P4S10

P4S3@SWCNT
P4S10@SWCNT
23

7. РФЭС P 2p и S 2p спектры PxSy@SWCNT

Электронные состояния атомов фосфора и серы в соединениях
P4S3 и P4S10 инкаппсулированных в нанотрубках.
Модели молекулярных структур
включающие атомы фосфора в
окружении атомов серы.
25

8. 5. Сенсорные свойства заполненных ОУНТ

Электрический отклик ОУНТ и S@ОУНТ на
концентрацию от 10 ppm до 1 ppb NO2 в
потоке аргона. На вставке отклик 1 ppb NO2.
внизу: концентрация NO2 в потоке аргона.
Sedelnikova O.V., Sysoev V.I., Gurova O.A., Ivanov Y.P., Koroteev V.O.,
Arenal R, Makarova A.A., Bulusheva L.G., Okotrub A.V. Role of interface
interactions in the sensitivity of sulfur-modified single-walled carbon nanotubes
for nitrogen dioxide gas sensing // Carbon, 2022 V.186, pp.539-549
(d) отклик на различные целевые газы, (e) влияние влажности на
отклик датчика при 1 ppm NO2.
33

9. Моделирование взаимодействия S@ОУНТ с NO2

Вид оптимизированных (5,5) и S@(5,5) моделей с
адсорбированной молекулой NO2 (а и b).
Вид на периодическую структуру модели (5,5)/S с молекулой NO2,
адсорбированной сверху нанотрубки (в) и между нанотрубкой и
цепью серы (d).
Изменение плотности полного электронного
заряда нанотрубки инкапсулированной серой
и моделей (5,5), S@(5,5) и (5,5)/S8 при
адсорбции NO2.
34

10. Влияние на сенсорные свойства заполнения ОУНТ составами P4Sx

Процесс изготовления сенсора
SWCNT 50 кОм/□.
P@SWCNT 45 кОм/□.
P4Sx@SWCNT и S@SWCNT 80-200 кОм/□.
Отклик сенсоров на основе
ОУНТ на 1 ppm NO2,
зарегистрированный в
различных условиях:
(a) на воздухе при 25 °С
после отжига в аргоне
при 150 °С,
(b) на воздухе при 25 °С
после отжига на воздухе
при 150 °С С,
(c) на воздухе при 150 °С
после отжига на воздухе
при 150 °С.
35

11.

Лаборатория физикохимии наноматериалов ИНХ СО РАН