Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences69224510.7868/S3034558825040021ArticlesСтатьиResearch ArticleТрехкомпонентный органо-неорганический темплат для синтеза микромезопористых сферических частиц углеродаТрехкомпонентный органо-неорганический темплат для синтеза микромезопористых сферических частиц углеродаStovpiagaE. Y.СтовпягаЕ. Ю.kattrof@gvg.ioffe.ruGrudinkinS. A.ГрудинкинС. А.KirilenkoD. A.КириленкоД. А.KurdyukovD. A.КурдюковД. А.TrofimukA. D.ТрофимукА. Д.GolubevV. G.ГолубевВ. Г.Ioffe Institute of the Russian Academy of SciencesФизико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук15082025617-8VOL 61, NO7–8 (2025)ТОМ 61, №7-8 (2025)39440207102025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://rjsvd.com/0002-337X/article/view/692245

Предложен темплатный метод получения сферических частиц углерода с микромезопористой структурой посредством совместного гидролиза тетраэтоксисилана и полимеризации резорцин-формальдегидной смеси в спирто-водно-аммиачной среде в присутствии бромида цетилтриметиламмония. После терморазложения органики, селективного удаления SiO2 и отжига в CO2 формируются частицы с порами размером 0.5–25 нм, обладающие удельной поверхностью до 2000 м2/г и объемом пор до 2.1 см3/г.

Предложен темплатный метод получения сферических частиц углерода с микромезопористой структурой посредством совместного гидролиза тетраэтоксисилана и полимеризации резорцин-формальдегидной смеси в спирто-водно-аммиачной среде в присутствии бромида цетилтриметиламмония. После терморазложения органики, селективного удаления SiO2 и отжига в CO2 формируются частицы с порами размером 0.5–25 нм, обладающие удельной поверхностью до 2000 м2/г и объемом пор до 2.1 см3/г.

поликонденсацияфенол-формальдегидная смолакремнеземпористый углеродадсорбцияРабота выполнена с использованием средств госбюджета по теме госзадания FFUG‑2024-0017.Ni M., Zhou L., Liu Y., Ni R. Advances in the Synthesis and Applications of Porous Carbon Materials // Front. Chem. 2023. V. 11. P. 1205280. https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1205280Deshmukh A.A., Mhlanga S.D., Coville N.J. Carbon Spheres // Mater. Sci. Eng R. 2010. V. 70. P. 1–28. https://doi.org/10.1016/j.mser.2010.06.017Jin Y.Z., Gao C., Hsu W.K., Zhu Y., Huczko A., Bystrzejewski M., Roe M., Lee C.Y., Acquah S., Kroto H., Walton D.R.M. Large-Scale Synthesis and Characterization of Carbon Spheres Prepared by Direct Pyrolysis of Hydrocarbons // Carbon. 2005. V. 43. P. 1944.Dutta S, Gupta B., Srivastava S.K., Gupta A.K. Recent Advances on the Removal of Dyes from Wastewater Using Various Adsorbents: a Critical Review // Adv. Mater. 2021. V. 2. P. 4497–4531. https://doi.org/10.1039/D1MA00354BLevesque A., Binh V.T., Semet V., Guillot D., Fillit R.Y., Brookes M.D., Nguyen T.P. Monodisperse Carbon Nanopearls in a Foam-Like Arrangement: a New Carbon Nano-Compound for Cold Cathodes // Thin Solid Films. 2004. V. 308. P. 464–465. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.06.012Liu J., Qiao S.Z., Liu H., Chen J., Orpe A., Zhao D., Lu G.Q. Extension of the Stober Method to the Preparation of Monodisperse Resorcinol–Formaldehyde Resin Polymer and Carbon Spheres // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 5947–5951. https://doi.org/10.1002/anie.201102011Qiao W.M., Song Y., Lim S.Y., Hong S.H., Yoon S.H., Mochida I., Imaoka T. Carbon Nanospheres Produced in an Arc-Discharge Process // Carbon. 2006. V. 44. № 1. P. 187–190. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.07.016Wang Z.L., Kang Z.C. Pairing of Pentagonal and Heptagonal Carbon Rings in the Growth of Nanosize Carbon Spheres Synthesized by a Mixed-Valent Oxide-Catalytic Carbonization Process // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. № 45. P. 17725–17731.Stöber W., Fink A., Bohn E. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range // J. Colloid Interface Sci. 1968. V. 26. P. 62–69.Choma J., Jamio D., Augustynek K., Marszewski M., Gao M., Jaroniec M. New Opportunities in Stober Synthesis: Preparation of Microporous and Mesoporous Carbon Spheres // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 12636.Xu H., Zhang H., Huang Y., Wang Y. Porous Carbon/Silica Composite Monoliths Derived from Resorcinol–Formaldehyde/TEOS // J. Non-Cryst. Solids. 2010. V. 356. P. 971–976.Rey-Raap N., Villanueva S.F., Menendez J.A., Arenillas A. Microporous Carbon Spheres Derived from Resorcinol-Formaldehyde Solutions. A New Approach to Coat Supports // Micropor. Mesopor. Mater. 2017. V. 252. P. 154–160.Ghimire P., Gunathilake C., Wickramaratne N.P., Jaroniec M. Tetraethyl Orthosilicate-Assisted Synthesis of Nitrogen-Containing Porous Carbon Spheres // Carbon. 2017. V. 121. P. 408–417.Trofimova E. Yu., Kurdyukov D.A., Yakovlev S.A., Kirilenko D.A., Kukushkina Y.A., Nashchekin A.V., Sitnikova A.A., Yagovkina M.A., Golubev V.G. Monodisperse Spherical Mesoporous Silica Particles: Fast Synthesis Procedure and Fabrication of Photonic-Crystal Films // Nanotechnology. 2013. V. 24. P. 155601. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/15/155601Трофимова Е.Ю., Курдюков Д.А., Кукушкина Ю.А., Яговкина М.А., Голубев В.Г. Синтез монодисперсных мезопористых сфер аморфного кремнезема субмикронного размера // Физика и химия стекла. 2011. T. 37. № 4. C. 510–517.Jagiello J., Olivier J.P. A Simple Two-Dimensional NLDFT Model of Gas Adsorption in Finite Carbon Pores. Application to Pore Structure Analysis // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 45. P. 19382–19385.Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 310 с.Буканов А.М. Резорцин-формальдегидные смолы // Большая российская энциклопедия. 2015. Т. 28. С. 338–339.Stovpiaga E. Yu., Eurov D.A., Kurdyukov D.A., Glebova N.V., Kirilenko D.A., Tomkovich M.V., Golubev V.G. Formation of Spherical Microporous Silica Particles from Organosilane and Quat Molecules // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 650. P. 129633. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129633Чистяков А.В., Цодиков М.В. Методы синтеза углеродных сорбентов из лигнина // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. № 7. C. 949–967. https://doi.org/10.1134/S0044461818070058Богданович Н.И., Короткий В.П., Великанов В.И., Носков Д.К. Переработка низкосортной и мелкотоварной древесины в энтеросорбенты для сельского хозяйства методом совмещенного процесса карбонизации-активации на модульных установках в полевых условиях // Изв. вузов. Лесн. журн. 2010. № 4. С. 126–131.Lesiak B., Trykowski G., Tóth J., Biniak S., Kövér L., Rangam N., Stobinski L., Malolepszy A. Chemical and Structural Properties of Reduced Graphene Oxide–Dependence on the Reducing Agent // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 3738–3754. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05461-1Lee S.-M., Lee S.-H., Roh J.-S. Analysis of Activation Process of Carbon Black Based on Structural Parameters Obtained by XRD Analysis // Crystals. 2021. V. 11. P. 153. https://doi.org/10.3390/cryst11020153Bao L., Liu C., Zhang Z., Pang D. Photoluminescence-Tunable Carbon Nanodots: Surface-State Energy-Gap Tuning // Adv. Mater. 2015. V. 27. P. 1663–1667. https://doi.org/10.1002/adma.201405070Mulder C.A.M., Damen A.A.J.M. The Origin of the “Defect” 490 cm–1 Raman Peak in Silica Gel // J. Non-Cryst. Solids. 1987. V. 93. P. 387–394.Kinowski C., Bouazaoui M., Bechara R., Hench L.L., Nedelec J.M., Turrell S. Kinetics of Densification of Porous Silica Gels: a Structural and Textural Study // J. Non-Cryst. Solids. 2001. V. 291. P. 143–152. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00863-8Stovpiaga E. Yu., Grudinkin S.A., Kurdyukov D.A., Glebova N.V., Kirilenko D.A., Nechitailov A.A., Tomkovich M.V., Yagovkina M.A., Golubev V.G. Hierarchically Porous Silica Particles: One-Pot Synthesis, Tunable Hydrophilic/Hydrophobic Properties, Prospects for Selective Oil Adsorption // Colloid. Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2024. V. 683. P. 132976. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.132976Johnson F.A. Lattice Absorption Bands in Silicon // Proc. Phys. Soc. 1959. V. 73. P. 265. https://doi.org/10.1088/0370-1328/73/2/315