ИСТИНА

Выполнено исследование образования интеркалированных соединений графита (ИСГ) с кислотами Бренстеда с использованием методов химического и электрохимического синтеза. Установлены пороговые значения потенциалов и концен-трации кислот, необходимые для образования бинарных и ко-интеркалированных ИСГ. Впервые синтезированы тройные ИСГ I*-IV* ступеней Cp+HSO4–(H2SO4)x(HB)y, Cp+NO3–(HNO3)x(HB)y, (x+y=1), где HB=H3PO4,RCOOH(R=CH3, C2H5). 2. Разработан комплексный подход к управляемому интеркалированию графита кислотами Бренстеда. Характер интеркалирования адекватно описывается с помощью величин окислительного потенциала EH2 и функцией кислотности Гамета -Но используемой кислоты. Установлены эмпирические правила образования I – V ступеней. Показано, что механизм образования тройных ИСГ определяется интеркаляционной способностью кислот. 3. Детально исследована роль редокс-потенциала при интеркалировании на примере базовых систем высокоупорядоченный пиролитический графит – HA (H2SO4, HNO3). Для образования максимально насыщенной интеркалатом I ступени необходимо использовать окислительные растворы с потенциалом EH2  1.6В, II ступени – EH2 =1.2-1.6В, III ступени – EH2 = 1.0-1.1В. Предложены окислители и построены поля химического и электрохимического образования n (I-V) ступеней бисульфата графита и нитрата графита в координатах EH2 – -Но. Установлен единый характер интеркалирования сильных кислот (H2SO4, HNO3) и взаимное влияние кислотности среды на потенциал. 4. Впервые установлен характер электрохимического интеркалирования природного чешуйчатого графита в электролитах на основе самовнедряющейся HNO3: конечные продукты синтеза представлены I - IV ступенью нитрата графита (60-98%-ная HNO3) или «новым типом интеркалированного графита» (20-55%-ная HNO3). Механизм электрохимического модифицирования чешуйчатого графита определяется концентрацией кислоты: в области концентрированных кислот – интеркаляционный механизм включает сопряженные реакции окисления и интеркалирования, в области концентраций HNO3 с содержанием менее 55% (EH2 > 1.9В и Q > 400 Кл/г) происходит объемное диспергирующее окисление графита. 5. Впервые показано, что механизм образования и состав ИСГ в тройных системах графит – HА – HB с различными по интеркаляционной способности кислотами (HNO3, H2SO4, H3PO4, карбоновые кислоты RCOOH, где R=CH3, C2H5) определяется совокупностью свойств HA-HB. В растворах двух сильных кислот Бренстеда HNO3 – H2SO4 (-Ho=9-12) реализуется одновременное внедрение кислот с образованием ко-интеркалированного ИСГ I* ступени. В растворах HA (H2SO4, HNO3) c участием интеркалата средней силы H3PO4 (-Ho=5.2) впервые осуществлен синтез ко-интеркалированных ИСГ I*-IV* ступеней одновременным внедрением двух кислот (HA=H2SO4) или последовательным внедрением сильной кислоты и затем ко-интеркалированием фосфорной кислоты путем частичного замещения (НА=HNO3). Ко-интеркалирование слабых карбоновых кислот (-Ho=(2-3)) в растворах HA-RCOOH не наблюдается в случае HA=HNO3 и протекает только на стадии переокисления бинарного ИСГ - бисульфата графита в случае HA=H2SO4. 6. Установлены составы бинарных и ко-интеркалированных соединений, которые являются соединениями с широкой областью гомогенности. Энергия связи интеркалата с графитовой матрицей в бинарных и тройных ИСГ составляет –(0.4-4.0) кДж/моль С, что отражает слабую связь интеркалата с графитовой матрицей на уровне Ван-дер Ваальсовых взаимодействий и характерные свойства ИСГ (лабильность слоя, анизотропия и т.д.). Определен ряд важных электрофизических характеристик бинарных ИСГ с серной и азотной кислотами. Установлена доминирующая роль номера ступени на физико-химические свойства ИСГ и новых углеродных материалов на их основе - окисленного графита и пенографита. Изменение природы внедренного слоя на молекулярном уровне определяет поведение их производных: «низкотемпературное вспенивание», антипиреновые свойства и т.д. 7. Научные принципы управляемого синтеза интеркалированных соединений реализованы в новых технологиях и оригинальном оборудовании. С использованием последних созданы уплотнительные материалы, физико-механические характеристики которых находятся на уровне лучших мировых аналогов, уникальные углеродные материалы с рекордными показателями прочности и упругости (до 15-20МПа и 20-25%), материалы для огнезащитных композиций, в том числе с низкой температурой начала вспенивания (120-200оС). Определены перспективные области применения новых углеродных материалов в качестве адсорбентов, катализаторов, активных компонентов для анодных масс, композиционных материалов для топливных элементов, антифрикционных материалов и т.д. На основании цикла ориентированных научно-исследовательских работ предло-жены новые методы получения окисленного графита и пенографита, защищенные более 20 российскими и зарубежными патентами. Впервые реализована промышленная технология нитратных интеркалированных и ко-интеркалированных графитов:созданы пилотные линии «сухого внедрения» производительностью 600т/год и электрохимического модифицирования графита производительностью 150т/год.