Wstępna charakterystyka strukturalna nanostrukturyzowanych matryc krzemionkowo-węglowych

Abstract

Prezentowane dane badawcze są rezultatem badań strukturalnych matryc krzemionkowo-węglowych. Celem projektu NCN (nr projektu: 2021/05/X/ST5/01296), w ramach którego wykonano zaprezentowane tu wyniki, była synteza i wstępna charakterystyka strukturalna nanostrukturyzowanych matryc węglowych funkcjonalizowanych grupami propylowo-karboksylowymi. Postulowane działanie naukowe stanowiło badania wstępne do projektu poświęconego nowemu typowi zespolonych elektrod katalitycznych. Materiały węglowe, ze względu na ogromną powierzchnię właściwą są szeroko wykorzystywane w procesach katalitycznych, mogą pełnić zarówno rolę katalizatorów jak i nośników katalitycznych. Proponowane grupy funkcyjne pozwolą na kontrolę dystrybucji właściwych centrów katalitycznych. Synteza strukturalnych matryc krzemionkowo-węglowych opierała się na trzech etapach: (a) przygotowanie krzemionki SBA-15, wykorzystanej następnie jako twardy templat; (b) poprzez wykorzystanie kwasu siarkowego wytworzono strukturę węglową z cząsteczek surfaktantu, który jest w mezoporach krzemionki; (c) po procesie karbonizacji otrzymano wysoce uporządkowane kompleksy krzemionkowo-węglowe. Tak przygotowane struktury zostały zbadane przy użyciu spektroskopii Ramana, termograwimetrii, niskotemperaturowej sorbcji azotu. Wykonano także obrazowanie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) oraz spektromerię rentgenowską z dyspersją energii (EDS).

Presented research data is the result of structural studies of silica-carbon matrices. The goal of the NCN project (project number: 2021/05/X/ST5/01296), under which the results presented here were performed, was the synthesis and preliminary structural characterization of nanostructured carbon matrices functionalized with propyl-carboxyl groups. The postulated scientific activity was preliminary research for a project devoted to a new type of composite catalytic electrodes. Carbon materials, due to their huge surface area, are widely used in catalytic processes and can act as both catalysts and and catalytic supports. The proposed functional groups will control the distribution of the right catalytic centers. The synthesis of structural silica-carbon complexes was based on three steps: (a) preparation of SBA-15 silica, which was then used as a hard template; (b) through the use of sulfuric acid, a carbon structure was produced from surfactant molecules, which is in the mesopores of the silica; (c) after the carbonization process, highly ordered silica-carbon complexes were obtained. The structures prepared in this way were studied using Raman spectroscopy, thermogravimetry, low-temperature nitrogen sorption. Imaging by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) were also performed. Syntheses and characterization of the obtained materials were performed at the Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences in Krakow.