Registration Number
0825U003104, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-09-2025
popup.evolution
.
Title
Nanostructured materials based on Ni, Co, Fe: influence of composition and structure on hydrogen sorption and catalytic properties
Author
Khrystyna I. Vlad, м.н.с.
popup.head Ihor Y. Zavaliy
popup.opponent Orest I. Kuntyi
popup.opponent Ihor A. Rusetskyi
popup.opponent Lidiia M. Boichyshyn
popup.review Svitlana A. Halaichak
popup.rada
Physico-Mechanical Institute named after GV Karpenko of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу складу та структурно-морфологічних особливостей наноструктурованих порошків на основі перехідних d-металів (Ni, Co, Fe), інтерметалічних сполук та композитів типу "інтерметалід – наноструктурований металевий додаток" на їхні воденьсорбційні, електрохімічні та каталітичні властивості. Особливу увагу приділено вивченню таких наноматеріалів як активних компонентів у реакціях гідрування та дегідрування, а також як каталізаторів гідролізу, зокрема боргідриду натрію (NaBH4) та гідриду магнію (MgH2).
У першому розділі проведено аналіз доступної наукової літератури, присвяченої методам синтезу наноструктурованих матеріалів, зокрема хімічного відновлення, вилуговування, лазерної абляції та піролізу. Узагальнено результати досліджень, що стосуються впливу морфології та структури наноструктурованого та аморфного нікелю на його воденьсорбційні властивості. Розглянуто особливості застосування металогідридів і наноструктурованих добавок у хімічних джерелах струму. У розділі також висвітлено структуру та електрохімічні характеристики сплавів на основі системи R–Mg–Ni.
У другому розділі дисертаційної роботи подано опис використаних вихідних речовин, застосованих методик синтезу та дослідження матеріалів, а також охарактеризовано основні експериментальні підходи, що використовувалися для вивчення їх структури, електрохімічних і каталітичних властивостей.
У третьому розділі дисертаційної роботи наведено результати комплексного дослідження структурних, морфологічних та електрохімічних властивостей наноструктурованих матеріалів, отриманих різними методами синтезу. Вперше встановлено особливості фазового складу, мікроструктури та електрохімічних властивостей порошків типу Ренея у системах Ni–Co, Ni–Co–Pd та Ni–Co–Fe, синтезованих методом вилуговування. Дослідження за допомогою СЕМ і рентгенівської дифракції підтвердили наявність нанокристалітної структури, а також виявили геометричні особливості морфології частинок. Найвищі розрядні ємності продемонстрували порошки Co25Fe75 та Co50Fe50 (357 і 331 мА•год/г відповідно). Зменшення вмісту заліза у зразках системи Ni–Co–Fe сприяло покращенню корозійної стійкості та електрохімічних зарядно-розрядних параметрів. Вперше втановлено явище наводнювання нано-струкрованих матеріалів на основі Ni, Co, Fe з газової фази за нормальних умов. Показано, що наноструктуровані порошки Ni-Co-Fe, отримані методом вилуговування та відновлення, поглинали до 0.9 H/ф.о. за тиску 0.2…1 MPa H2.
Синтез бінарних порошків Ni–Co методом хімічного відновлення виявив залежність кінетики формування частинок від співвідношення компонентів Ni/Co. Найвища початкова електрохімічна ємність спостерігалася для складу Ni50Co50 (62.6 мА•год/г), який продемонстрував нижчі значення HRD порівняно з Ni.
Проведено аналіз властивостей наноструктурованих порошків Ni, NiCo та Co, отриманих методом лазерної абляції у водному та повітряному середовищах. Встановлено, що умови синтезу суттєво впливають на ступінь окиснення, розміри частинок і фазовий склад матеріалів. Установлено, що для Ni/NiCo важливим механізмом є втілення атомів водню в металеву матрицю, на відміну від Co, де домінують редокс-перетворення. Показано застосування таких порошків як самостійних анодних матеріалів так і активних електропровідних додатків для приготування негативних електродів в Ni-MГ батареях.
Вперше в даному дослідженні представлено результати застосування нанокомпозитів Ni-C, Co-C і NiCo-C, отриманих методом піролізу, як анодних матеріалів для Ni-MГ хімічних джерел струму. Показано, що Co-вий композит забезпечує найвищу розрядну ємність (до 330 мА•год/г), у той час як Ni-вий характеризується кращою стабільністю при циклуванні.
У роботі вперше синтезовано та досліджено нові багатофазні сплави систем A2B7 та A5B19 (A = La, Pr, Nd, Y та Mg, B = Ni, Co). Встановлено, що заміщення Ni на Co та La на Y впливає на фазовий склад, гідрування та електрохімічну активність. Сплави La–Mg–Ni, La–Mg–Ni–Co та La–Y–Mg–Ni–Co демонструють високу розрядну ємність (>350 мА•год/г), швидку активацію та високі значення HRD (до 90% після 50 циклів). Спостережено, що Nd та Pr сплави мають нижчу ємність, але кращу циклічну стабільність.
Вперше синтезовано гідридні композити на основі магнію з наноструктурованими моно- та бікомпонентними наноструктурованими додатками Ni, Co, Fe. Композити синтезували механохімічним помелом у водні за тиску до 2 МПа. Досліджено, що ефективність каталізаторів Ni–Fe є співставною з чистими металами, тоді як додатки Co–Fe значно підвищують швидкість гідрування. Досліджено каталітичну активність наноструктурованих порошків Ренея у реакції каталітичного гідролізу NaBH4. Гідролізна реакція у присутності всіх синтезованих каталізаторів відбувалася з повною конверсією, а найвищу швидкість генерування водню виявлено у NiCoFe (344 мл•H2/хв•гкат).
Registration Date
2025-07-22
popup.nrat_date
2025-07-22 / 2026-07-13
