| Popis: |
Актуальність теми: Зазвичай чистий піровуглець у гідридних адсорбуючих карбонізованих кремнеземах (SiO2:C) має відносно малу кількість активних центрів (окиснених груп), які відіграють важливу роль у зв’язуванні полярних молекул, оскільки вуглецевий шар має в основному неполярну передграфітову структуру з розміром базисних площин у графенових частинках порядку декількох нанометрів. Для збільшення кількості активних центрів на гібридних адсорбуючих поверхнях, може бути застосовані додаткове окиснення піровуглецю з формуванням COH, C=O, COOH, та ін. груп, змішані X/SiO2 (Х – фаза, що формується під час піролізу через доступність металевих атомів у прекурсорах) оксиди в якості підкладинок або металоорганічні сполуки в якості прекурсорів. Присутність вуглець-металевих сполук можуть змінювати не лише топологію, але й такі характеристики C/X/SiO2 адсорбентів як розподіл поверхніта каталітичні та адсорбуючі властивості. З іншого боку функціоналізація поверхні кремнезему витриманим розчином ацетилацетанотом цинку, який виявляє інтенсивну фотолюмінесценцію у видимому діапазоні, може бути перспективним для вироблення сучасних люмінофорів на основі даного матеріалу. Таким чином, вивчення електронної структури дефектів у кремнеземвуглецевих нанокомпозитах з цинком є важливою задачею для потенційних застосувань цих новітніх матеріалів. Об’єкт дослідження: нанокомпозити SiO2:C/Zn, отримані інфільтрацією «витриманим» люмінесцентним розчином Zn(acac)2 з концентраціями 1% и 4% до та після термічного відпалу за 600°С в атмосфері повітря. Предмет дослідження: модифікація електронних та магнітних властивостей нанокомпозитів SiO2:C/Zn в залежності від концентрації розчину Zn(acac)2 та термообробки. Мета роботи: з’ясування впливу концентрації розчину Zn(acac)2 та термообробки на властивості парамагнітних центрів у нанокомпозитах SiO2:C/Zn та аналіз отриманих даних. Методи дослідження: електронний парамагнітний резонанс. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: 64 сторінок звіту, 30 ілюстрацій, 40 літературних найменувань. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) дослідити модифікацію електронних та магнітних властивостей нанокомпозитів SiO2:C/Zn, в залежності від концентрації розчину Zn(acac)2 та термообробки. За допомогою моделювання спектрів ЕПР визначити параметри сигналів, що роблять внесок успектр ЕПР, та проаналізувати їх температурну залежність (інтегральну інтенсивність та ширину лінії). Встановлено особливості електронних та магнітних властивостей нанокомпозитів SiO2:C/Zn в залежності від концентрації розчину Zn(acac)2 та термообробки. Зокрема встановлено, що збільшення концентрації розчину Zn(acac)2 та температури відпалу призводить до збільшення спінової концентрації парамагнітних центрів у нанокомпозитах SiO2:C/Zn. Встановлено, що спектр ЕПР у нанокомпозитах SiO2:C/Zn складається з трьох сигналів, які було віднесено до обірваних зв’язків вуглецю, кисень-центрованого вуглецевого радикала та обірваних зв’язків кремнію. Виявлено слабку феромагнітну обмінну взаємодію в спіновій системі вуглецево-пов’язаних парамагнітних центрів. Встановлено, вуглецево-пов’язані парамагнітні центри у нанокомпозитах SiO2:C/Zn знаходяться у sp3-гібридизованому стані. Результати, отримані в даній роботі, показують, що нанокомпозити SiO2:C/Zn, отримані інфільтрацією розчину Zn(acac)2 з концентрацією 4% та відпалені за 600°С, що мають інтенсивну ФЛ та вищу спінову концентрацію кисень-центрованих вуглецевих радикалів є перспективними для застосування при створенні люмінофорів. Actuality: Commonly the pure pyrocarbon in hydroid absorbent carbonized silica (SiO2:C) has relatively low number of active centers (oxidized groups) that play an important role in polar molecules bonding, since the carbon layer has mainly non-polar pregraphitic structure with the size of basal planes in graphene particles about several nanometers. For the increase of the number of the active centers on the hydroid absorbent surfaces, the additional oxidation of pyrocarbon can be used with the formation of COH, C=O, COOH, etc. groups, mixed X/SiO2 (Х – is the phase formed upon pyrolysis due to the availability of metal atoms in precursors) oxides as a substrates or metal-organic compounds as a precursors. The presence of carbon-metal compounds can vary not only topology but also such characteristics of C/X/SiO2 adsorbents as surface site distribution and catalytic and absorbance properties. From the other side the functionalization of silica surface by aged zinc acetylacetonate, having an intense photoluminescence in the visible range, can be perspective for the fabrication of modern phosphors based on this material. Thus, the study of electronic structure of defects in carbon-silica nanocomposites with zinc is an important task for the potential application of these novel materials. The object of research: SiO2:C/Zn nanocomposites obtained by infiltration of “aged” luminescent Zn(acac)2 solution with concentrations of 1% and 4% before and after thermal annealing at 600°С in air.The research subject: modification of electronic and magnetic properties of SiO2:C/Zn nanocomposites depending on Zn(acac)2 solution concentration and thermal treatment. Purpose of work: identification of the effect of the Zn(acac)2 solution concentration and thermal treatment on the properties of paramagnetic centers in SiO2:C/Zn nanocomposites and analysis of the obtained data. Research methods: electron paramagnetic resonance The work contains: references – 40, pages –64, figures –30. The purpose of the individual task, the methods used and the results obtained: to study the modification of electronic and magnetic properties of SiO2:C/Zn nanocomposites depending on Zn(acac)2 solution concentration and thermal treatment using the electron paramagnetic resonance (EPR) method. To obtain the parameters of signals that contribute the EPR spectrum and analyze their temperature dependence (integral intensity and linewidth) using EPR spectra simulation. The electronic and magnetic features of SiO2:C/Zn nanocomposites, depending on the Zn(acac)2 solution concentration and thermal treatment, have been defined. Particularly, it was found that the increase of Zn(acac)2 solution concentration and annealing temperature results in the increase of spin concentration of paramagnetic centers in SiO2:C/Zn nanocomposites. It was established that EPR spectrum in SiO2:C/Zn nanocomposites is composed from three signals that were related to silicon dangling bonds, oxygen-centered carbon radical and carbon dangling bonds. The weak ferromagnetic exchange interaction in the carbon-related paramagnetic centers spin system was revealed. It was found that the carbon-related paramagnetic centers in SiO2:C/Zn nanocomposites are in sp3-hybridized state. The obtained results in this work demonstrate that SiO2:C/Zn nanocomposites obtained by infiltration of Zn(acac)2 solution with concentrations of 4% after thermal annealing at 600°С, are perspective for the application in phosphors fabrication. |
