Термостабильная графитовая фольга на основе терморасширенного графита, полученного из интеркалированных соединений графита с азотной и ортофосфорной кислотами

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В работе получена графитовая фольга (ГФ) из терморасширенного графита на основе интеркалированных соединений графита (ИСГ) с азотной кислотой IV, III, II ступеней и ИСГ с азотной и ортофосфорной кислотами. Структура полученных ИСГ и образование определенной ступени, а также внедрение фосфорной кислоты подтверждались методом рентгенофазового анализа. Морфология промежуточных продуктов (окисленного графита и терморасширенного графита) и конечной ГФ исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией. Подтверждено наличие фосфора в промежуточных продуктах и ГФ на основе ИСГ с азотной и фосфорной кислотами. Термический анализ показал большую термическую устойчивость на воздухе при повышенной температуре ГФ на основе ИСГ с азотной кислотой IV ступени в сравнении со II ступенью, а также значительное увеличение термической устойчивости ГФ на основе ИСГ с азотной и фосфорной кислотами.

About the authors

D. V. Efimov

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

Email: efimovdmitry1997@gmail.com

A. V. Ivanov

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

M. I. Luk'yantsev

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

V. A. Mukhanov

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

N. V. Maksimova

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

V. V. Avdeev

Moscow State University named after M. V. Lomonosov, Faculty of Chemistry, Lenin Hills, 1, building 3, Moscow, 119991 Russia

References

  1. Solfiti E., Wan D., Celotto A., Solieri N., Muñoz P.A., Ximenes R.F., Heredia J.M., Martin C.L.T., Perillo-Marcone A., Nuiry F.X., Alvaro A., Berto F., Calviani M. FIB-SEM Investigation and Uniaxial Compression of Flexible Graphite // Mater. Des. 2023. V. 233. 112187. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112187
  2. Yurkov A.L. Studying the Porosity of Graphite Foil with Different Densities: Pore Space Model and Gas Permeability // J. Mater. Sci. 2022. V. 57. P. 156–171. https://doi.org/10.1007/s10853-022-07677-9
  3. Qiu T. Research on the Thickness Effect and Micro-Fracture Mechanism of Graphite Sheets with Layered Structures // Diamond Relat. Mater. 2024. V. 143. 110908. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110908
  4. Ivanov A.V., Yurkov A.L., Kalachev I.L., Maksimova N.V., Malakho A.P., Volkova S.I., Avdeev V.V. The Influence of Processing Conditions on Gas Transport and Thermal Properties of Graphite Foil Compressed from Exfoliated Graphite // Processes. 2023. V. 11. № 1. 144. https://doi.org/10.3390/pr11010144
  5. Afanasov I.M., Shornikova O.N., Kirilenko D.А., Vlasov I.I., Zhang L., Verbeeck J., Avdeev V.V., Tendeloo G.V. Graphite Structural Transformations During Intercalation by HNO3 and Exfoliation // Carbon. 2010. V. 48. P. 1862–1865. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.01.055
  6. Dimiev A.M., Ceriotti G., Behabtu N., Zakhidov D., Pasquali M., Saito R., Tour J.M. Direct Real-Time Monitoring of Stage Transitions in Graphite Intercalation Compounds // Nano. 2013. V. 7. № 3. P. 2773–2780. https://doi.org/10.1021/nn400207e
  7. Dimiev A.M., Shukhina K., Behabtu N., Pasquali M., Tour J.M. Stage Transitions in Graphite Intercalation Compounds: Role of the Graphite Structure // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 246–253. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b06726
  8. Rimkute G., Gudaitis M., Barkauskas J., Zarkov A., Niaura G., Gaidukevic J. Synthesis and Characterization of Graphite Intercalation Compounds with Sulfuric Acid // Crystals. 2022. V. 12. № 3. 421. https://doi.org/10.3390/cryst12030421
  9. Ivanov A.V. Effect of Preparation Conditions on Gas Permeability and Sealing Efficiency of Graphite Foil // J. Mater. Sci. 2019. V. 54. P. 457–469. https://doi.org/10.1007/s10853-018-3151-1
  10. Saidaminov M.I. Thermal Decomposition of Graphite Nitrate // Carbon. 2013. V. 59. P. 337–343. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.03.028
  11. Сорокина Н.Е., Шорникова О.Н., Авдеев В.В. Области образования интеркалированных соединений графита в системах графит–HNO3(H2SO4)–H2O–KMnO4 // Неорган. материалы. 2007. Т. 43. № 8. С. 924–928.
  12. Zongrong Y. Preparation and Characterization of Low-Temperature Expandable Graphite // Mater. Res. Bull. 2008. V. 43. P. 677–686. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2007.10.027
  13. Cermak M. Material Properties and Structure of Natural Graphite Sheet // Sci. Rep. 2020. V. 10. 18672. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75393-y
  14. Xiaowei L., Jean-Charles R., Suyuan Y. Effect of Temperature on Graphite Oxidation Behavior // Nucl. Eng. Des. 2004. V. 227. P. 273–280. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2003.11.004
  15. Lu W., Chung D.D.L. Oxidation Protection of Carbon Materials by Acid Phosphate Impregnation // Carbon. 2002. V. 40. P. 1249–1254. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(01)00297-4
  16. Yoshida K. Surface Modification of Graphite Powder with Lanthanum Ultraphosphate by Chemical Process and its Oxidation Resistance // Adv. Powder Technol. 2015. V. 26. P. 901–906. https://doi.org/10.1016/j.apt.2015.03.005
  17. Lin Y., Liu T., Wang J., Lu J., Dong X., Feng X. Fabrication and Oxidation Resistance Behavior of Phosphate/Borate Impregnation for Graphite // J. Coat. Technol. 2020. V. 389. 125632. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125632
  18. Wu X., Radovic L.R. Inhibition of Catalytic Oxidation of Carbon/Carbon Composites by Phosphorus // Carbon. 2006. V. 44. P. 141–151. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.06.038
  19. Badenhorst H. Novel Simulation Technique for the Prediction of Complex Oxidation Behaviour in Natural Graphite Flakes // Chem. Eng. Sci. 2013. V. 104. P. 117–124. https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.09.013
  20. Badenhorst H. A Generalized Solid State Kinetic Expression for Reaction Interface-Controlled Reactivity // Thermochim. Acta. 2013. V. 562. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.tca.2013.03.022
  21. Liu J. First Principles Study of Oxidation Behavior of Irradiated Graphite // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 2015. V. 352. P. 160–166. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.12.071
  22. Savchenko D.V. Improvement of the Oxidation Stability and the Mechanical Properties of Flexible Graphite Foil by Boron Oxide Impregnation // New Carbon Mater. 2012. V. 27. P. 12–18. https://doi.org/10.1016/S1872-5805(12)60001-8
  23. Сорокина Н.Е., Максимова Н.В., Никитин А.В., Шорникова О.Н., Авдеев В.В. Синтез соединения внедрения в системе графит–HNO3–H3PO4 // Неорган. материалы. 2001. Т. 37. № 6. С. 697–703.
  24. Сорокина Н.Е., Максимова Н.В., Авдеев В.В. Интеркалирование графита в тройных системах C–HNO3–R, где R – H2O, CH3COOH, H3PO4, H2SO4 // Неорган. материалы. 2002. Т. 38. № 6. С. 687–694.
  25. Maksimova N.V., Sorokina N.E., Shornikova O.N., Avdeev V.V. Thermal Properties of Graphite Intercalation Compounds with Acids // J. Phys. Chem. Solids. 2004. V. 65. P. 177–180. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2003.10.013
  26. Лешин В.С., Сорокина Н.Е., Авдеев В.В. Электрохимический синтез коинтеркалированных соединений внедрения в системе графит–Н2SО4–Н3РО4 // Электрохимия. 2005. Т. 41. № 5. С. 651–655.
  27. Huang J., Tang Q., Liao W., Wang G., Wei W., Li C. Green Preparation of Expandable Graphite and its Application in Flame-Resistance Polymer Elastomer // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 253–261. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b04860
  28. Li Y. The role of H3PO4 in the Preparation of Activated Carbon from NaOH-Treated Rice Husk Residue // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 626–636. https://doi.org/10.1039/c5ra04634c

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences