Берёзкин В. И.

Научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН,

Санкт-Петербург

Адсорбционные свойства фуллеренов

В ряде работ фуллерены как адсорбенты исследованы косвенно. Оказалось [1–3], что модифицированные фуллереном С₆₀ силикагели улучшают свои адсорбционные характеристики по отношению к органическим веществам и тяжелым металлам. В [4] дисперсный поликристаллический С₆₀ исследован непосредственно. Здесь уровень поглощения комплексов тяжелых металлов из водных растворов такой же, как в активных углях и силикагелях или несколько выше. В [5] отмечается высокая адсорбционная способность С₆₀ по отношению к органическим веществам.

Авторы работ [6,7] фиксируют обратное. У кристаллического порошка С₆₀ адсорбционная способность по отношению к органическим веществам много ниже (нередко на два порядка), чем у графитизированной сажи и многослойных нанотрубок в виде необработанного катодного депозита.

Что касается представлений о возможных механизмах адсорбции в фуллеренах, то высказываются различные предположения, порой противоречивые, как и имеющиеся экспериментальные данные. Авторы [5] высокую адсорбционную способность фуллеренов связывают с поверхностными эффектами и предполагают возможное их использование при условии нанесения на подложки с развитой поверхностью (например, те же силикагели). Другие авторы полагают, что адсорбция осуществляется путем проникновения веществ внутрь кристаллической решетки [8,9]. При этом в [8] считается, что дефекты структуры не влияют на адсорбционные свойства C₆₀. Дефекты связываются с вакансиями, присутствие которых сводится лишь к появлению новых адсорбционных мест в решетке, дающих пренебрежимо малый вклад в общий адсорбционный объем. Авторы [9], напротив, полагают, что поглощение в C₆₀ возможно только при наличии дефектов.

В работах [10,11] предпринято комплексное исследование явления физической адсорбции в кристаллических порошках фуллеренов. Изучалась адсорбция из газовой (паровой), жидкой (растворы) и твердой фазы (совместное с сорбентом прессование) органических и неорганических веществ разных классов. Оказалось, что имеет место четкая корреляция количества поглощенного вещества и качества кристаллической структуры, которое оценивалось по постоянной решетки, а₀, и размеру микрокристаллита, L_а. Чем больше а₀ и меньше L_а, тем выше поглотительная способность С₆₀, при этом количества поглощенного вещества в разных образцах С₆₀ могут отличаться на порядки. Сделан вывод, что кристаллические фуллерены – это микропористые адсорбенты, а гетеровещества проникают непосредственно в кристаллическую решетку только при наличии дефектов структуры, поскольку они нарушают регулярность решетки и обеспечивают сквозную пористость. Чем дефектов больше, тем кристалл более «рыхлый» и тем адсорбционная емкость выше.

Литература:

1. Давыдов В. Я. и др. Вестн. МГУ, сер. 2, химия 36 518 (1995).

2. Гуманов Л. Л. и др. Изв. АН, сер. химич. № 4 814 (1996).

3. Подосенова Н. Г. и др. ЖФХ 73 103 (1999).

4. Gallego M. et al. Anal. Chem. 66 4074 (1994).

5. Самонин В. В., Маракулина Е. А. ЖФХ 76 888 (2002).

6. Давыдов В Я и др. ЖФХ 74 712 (2000).

7. Davydov V. Ya. et al. Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures 12 513 (2004).

8. Tascon J. M. D., Bottani E. J. Book of abstracts of Int. Conf. Carbon 2003 (Oviedo, Spain, 2003), p. 71.

9. Kaneko K. et al. J. Phys. Chem. 97 6764 (1993).

10. Березкин В. И. и др. ФТП 37 802 (2003).

11. Березкин В. И. и др. ЖФХ 80 2226 (2006).