Термодинамические свойства и поверхностная энергия углеродных наноструктур при низких температурах

Abstract

Теплоемкость графита и двух наноструктурных углеродных материалов, полученных каталитической конверсией монооксида углерода на катализаторах из оксидов кобальта и железа, исследована в интервале 60–300 К адиабатическим методом. Табулированы и рекомендованы к практическому использованию значения основных термодинамических функций исследованных материалов при стандартных условиях. Сопоставление результатов измерений показало, что теплоемкость углеродных наноструктур систематически превышает теплоемкость графита, причем различие тем существеннее, чем больше площадь поверхности наноформ. Проведена оценка избыточной поверхностной энергии УНФ, обусловленной возрастанием удельной поверхности при переходе углерода в наноразмерное состояние. Показано, что в интервале величин поверхности углеродных материалов 100–300 м²·г⁻¹ значения избыточной удельной поверхностной энергии науровне 6–7 Дж·м⁻² могут быть приняты постоянными.

Теплоємність графіту та двох наноструктурних вуглецевих матеріалів, отриманих каталітичною конверсією монооксиду вуглецю на каталізаторах із оксидів кобальту тазаліза, досліджено в інтервалі 60–300 К адіабатичним методом. Табульовано та рекомендовано для практичного використання значення основних термодинамічних функційдосліджуваних матеріалів за стандартних умов. Порівняння результатів вимірювань свідчить, що теплоємність вуглецевих наноструктур систематично перевищує теплоємність графіту, до того ж різниця тим суттєвіша, чим більша площа поверхні наноформ. Здійснено оцінку надлишкової поверхневої енергії ВНФ, зумовленої зростанням питомої поверхні при переході вуглецю в нанорозмірний стан. Показано, що в інтервалі величин поверхні вуглецевих матеріалів 100–300 м²·г⁻¹ значення надлишковоїпитомої поверхневої енергії на рівні 6–7 Дж·м⁻² можна вважати сталими.

The heat capacities of graphite and two nanostructured carbon materials obtained by catalytic conversion of carbon monoxide on cobalt oxide and iron oxide catalysts were investigated in the temperature range 60–300 K by the adiabatic method. The values of the main thermodynamic functions of the investigated materials under standard conditions were tabulated and recommended for practical use. A comparison of measured results showed that the heat capacities of carbon nanostructures systematically exceed that for graphite. The larger is the specific surface area of nanoforms, the greater is the difference in heat capacity between the carbon nanostructures and graphite. An assessment of the excess surface energy of the carbon nanoforms caused by the increase in the specific surface as a result of passing into the nanosized state was performed. It is shown that, in the range of the specific surface areas of the carbon materials 100–300 m²·g⁻¹, the values of the excess specific surface energy at a level of 6–7 J·m⁻² can be assumed to be constant