Углеродные нанотрубки Адсорбционные свойства
Что такое адсорбция? Адсорбция (англ. adsorption) — повышение концентрации компонента в поверхностном слое вещества (на границе раздела фаз) по сравнению с ее значением в каждой объемной фазе. Описание: Следует отличать адсорбцию от абсорбции, при которой вещество диффундирует в объем жидкости или твердого тела и образует раствор или гель. Термин сорбция объединяет оба понятия. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое — адсорбатом. В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом адсорбцию принято подразделять на физическую адсорбцию (слабые взаимодействия) и хемосорбцию (сильные взаимодействия). Четкой границы между физической адсорбцией и хемосорбцией не существует; в качестве граничного значения принята энергия связи между адсорбатом и адсорбентом, равная 0, 5 э. В на атом или молекулу. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и состав системы). На практике адсорбция широко используется для концентрирования веществ, очистки газов и жидкостей от примесей. Адсорбционные методы анализа применяются для определения удельной поверхности твердых веществ, оценки размера А нанесенных частиц (в том числе наноразмерных) на поверхности носителя и т. п.
Одна из замечательных особенностей углеродных нанотрубок(УНТ), которые определяют интерес к их исследованиям, связана именно с уникальными сорбционными характеристиками. Уникальными они являются по трем важным обстоятельствам: 1. УНТ выполнена из графитовой поверхности, высокие сорбционные характеристики которой были известны еще задолго до открытия УНТ; 2. материал, составленный из УНТ, благодаря своей структуре обладает высокой удельной поверхностью; 3. третьим, и наиболее важным обстоятельством, отличающим УНТ от других материалов, является наличие внутренней полости, поперечный размер которой обычно превышает размер молекул. Третье обстоятельство открывает возможности создания нового класса объектов: УНТ, заполненных газообразным, жидким или твердым веществом. А подобные объекты по своим свойствам отличаются как от полых УНТ, так и от заполняющих их веществ.
Заполнение УНТ на примере фуллерена С 60
Немного теории: основой УНТ служит графитовая поверхность (или графен), выложенная правильными шестиугольниками с атомами углерода в вершинах. Длина связей в этом случае составляет ≈1, 4Å. Подобная поверхность, свернутая в цилиндр и служит материалом для УНТ. Удельное количество сорбированного материала определяется поверхностной массовой плотностью графитового слоя, которое оценивается как отношение здесь mc=2⋅10 -23 г – масса атома С, а S=5, 24⋅10 -16 см-2 – площадь правильного гексагона со стороной 1, 42Å, представляющего собой элементарную ячейку графитовой плоскости. Это соответствует значению удельной поверхности индивидуальной УНТ Sc=1/σc≈1300 м 2 г-1. В случае, если процессу доступна как внешняя, так и внутренняя поверхность УНТ, указанная цифра удваивается. Т. о. , величина удельной поверхности Sc≈2600 м 2 г-1 может рассматриваться, как предельно достижимая для материалов на основе углерода. Однако, результаты измерений УНТ дают значения удельной поверхности меньше, чем для идеальной модели. В итоге, эти значения зависят от того, каким методом получены трубки, индивидуальны они или нет, количества слоев в трубке, а также -условиями, в которых проводятся измерения. Было установлено, что наиболее развитой поверхностью обладают УНТ, полученные методом термокаталитического разложения СО под высоким давлением (Hi. PCO), а именно Sc≈861 м 2 г-1.
Значение и применение адсорбционных свойств УНТ Как уже было сказано, заполнение УНТ атомами и молекулами веществ в разных агрегатных состояниях открывает доступ к новому классу материалов с новыми физико-химическими свойствами. Использование же этих свойств охватывает сразу несколько областей: от медицины до электроники. А именно: очистка различных жидкостей от примесей, транспортировка молекул лекарственных средств внутри живых организмов, использование УНТ с нитями металлов внутри в качестве соединительных элементов микроэлектроники, хранение водородного топлива и т. д.
Спасибо за внимание. Кравченко А. НМ-091
Скачать презентацию Углеродные нанотрубки Адсорбционные свойства Что такое адсорбция
Ад пуст.pptx