kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-1(21)-75kaz44-2343Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)CHEMICAL TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАНОКОМПОЗИТОВ TI3C2TX/SI, ПОЛУЧЕННЫХ МЕХАНОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМCOMPARATIVE ANALYSIS OF TI3C2TX/SI NANOCOMPOSITES OBTAINED BY A MECHANOCHEMICAL METHODhttps://orcid.org/0000-0002-6265-6238ӘліпұлыМ.AlipulyМ.

Мұхтар Әліпұлы – докторант кафедры «Материаловедение, нанотехнологии и инженерная физика» 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Mukhtar Alipuly – doctoral student of the department «Materials science, nanotechnology and engineering physics» 

050013, Almaty, 22 Satbayev street

mukhtaralipuly@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2195-755XСултаханШ.SultakhanS.

Шынгысхан Султахан – магистр технических наук, научный сотрудник 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Shynggyskhan Sultakhan – master in technical sciences, researcher 

050013, Almaty, 22 Satbayev street

shynggyskhan.1@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4523-1211ЕсжанЕ.YeszhanY.

Елриза Есжан – докторант кафедры «Материаловедение, нанотехнологии и инженерная физика» 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Yelriza Yeszhan – doctoral student of the department «Materials science, nanotechnology and engineering physics» 

050013, Almaty, 22 Satbayev street

yelriza.yeszhan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1200-2340ЖантикеевУ.ZhantikeyevU.

Улан Жантикеев – докторант кафедры «Материаловедение, нанотехнологии и инженерная физика» 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Ulan Zhantikeyev – doctoral student of the department «Materials science, nanotechnology and engineering physics» 

050013, Almaty, 22 Satbayev street

nurlybekov.ulan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9722-1605ШакеновК.ShakenovK.

Калижан Шакенов – PhD, ассоциированный профессор, кафедра «Энергетика» 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22

Kalizhan Shakenov – PhD, associated professor, Department of Power Engineering 

050013, Almaty, 22 Satbayev street

k.shakenov@satbayev.universitySatbayev UniveristyКазахстанSatbayev UniveristyKazakhstan20262505202611(21)692701Copyright © Әліпұлы М., Султахан Ш., Есжан Е., Жантикеев У., Шакенов К., 20262026Әліпұлы М., Султахан Ш., Есжан Е., Жантикеев У., Шакенов К.Alipuly М., Sultakhan S., Yeszhan Y., Zhantikeyev U., Shakenov K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2343

Настоящее исследование посвящено изучению фундаментальных закономерностей формирования гетероструктур на основе двумерных карбидов титана (Ti3C2Tx MXene) и кремнийсодержащих модификаторов различного генезиса. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания стабильных анодных материалов, способных нивелировать значительные объемные изменения кремния в процессах электрохимического циклирования. В качестве прекурсоров были исследованы кристаллический кремний, биогенный кремний из рисовой шелухи и аморфный диоксид кремния с варьируемой дисперсностью. Синтез нанокомпозитов осуществлялся методом высокоэнергетической механохимической активации в восстановительной среде этанола. Комплексный анализ методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии позволил установить, что использование биогенных аморфных модификаторов обеспечивает наиболее прецизионную однородность покрытия ламелей MXene. Выявлено, что ключевым фактором стабилизации интерфейса является формирование ковалентных мостиковых связей Si–O–Ti, инициируемое наличием активных гидроксильных групп на поверхности биогенного сырья. Установлено, что применение этанола в качестве дисперсионной среды эффективно предотвращает деградацию и окисление титановой матрицы, способствуя сохранению ламеллярной архитектуры композита. Полученные результаты расширяют научно-технологическую базу для разработки высокоэффективных электродов нового поколения для литий-ионных систем хранения энергии и функциональных каталитических покрытий.

This study investigates the fundamental regularities of heterostructure formation based on twodimensional titanium carbides (Ti3C2Tx MXene) and silicon-containing modifiers of various origins. The relevance of the work is driven by the necessity to develop stable anode materials capable of mitigating the significant volume changes of silicon during electrochemical cycling. Crystalline silicon, biogenic silicon derived from rice husks, and amorphous silicon dioxide with variable dispersity were examined as precursors.The synthesis of nanocomposites was carried out using high-energy mechanochemical activation in a reducing ethanol medium. A comprehensive analysis using scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed that the use of biogenic amorphous modifiers provides the most precise coating uniformity of MXene lamellae. It was found that the key factor in interface stabilization is the formation of covalent Si–O–Ti bridge bonds, initiated by the presence of active hydroxyl groups on the surface of the biogenic raw material.It was established that the use of ethanol as a dispersion medium effectively prevents degradation and oxidation of the titanium matrix, contributing to the preservation of the composite's lamellar architecture. The results obtained expand the scientific and technological base for the development of highperformance next-generation electrodes for lithium-ion energy storage systems and functional catalytic coatings.

MXeneTi3C2Txнанокомпозитыкремнийбиогенный диоксид кремниярисовая шелухамокрое шаровое измельчениеэлектронная микроскопияMXeneTi3C2Txnanocompositessiliconbiogenic silicon dioxiderice huskwet ball millingelectron microscopyисследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант Nº BR24992873 «Разработка эффективных нанокомпозитов на основе MXene для создания нового поколения устройств накопления электрической энергии»).ReferencesBurgeoning Silicon/MXene Nanocomposites for Lithium Ion Batteries: A Review / P. Zhang et al // Advanced Functional Materials. – 2024. – № 34(37). https://doi.org/10.1002/adfm.202402307.Burgeoning Silicon/MXene Nanocomposites for Lithium Ion Batteries: A Review / P. Zhang et al // Advanced Functional Materials. – 2024. – № 34(37). https://doi.org/10.1002/adfm.202402307.MXene/Si@SiOx@C Layer-by-Layer Superstructure with Autoadjustable Function for Superior Stable Lithium Storage / Y. Zhang et al // ACS Nano – 2019. – № 13(2). – Р. 2167-2175. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08821.MXene/Si@SiOx@C Layer-by-Layer Superstructure with Autoadjustable Function for Superior Stable Lithium Storage / Y. Zhang et al // ACS Nano – 2019. – № 13(2). – Р. 2167-2175. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08821.Ti3C2Tx MXene Nanosheets as a Robust and Conductive Tight on Si Anodes Significantly Enhance Electrochemical Lithium Storage Performance / M. Xia et al // ACS Nano. – 2020. – № 14(4). – Р. 5111-5120. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01976.Ti3C2Tx MXene Nanosheets as a Robust and Conductive Tight on Si Anodes Significantly Enhance Electrochemical Lithium Storage Performance / M. Xia et al // ACS Nano. – 2020. – № 14(4). – Р. 5111-5120. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01976.Sun L. Silicon-Based Materials from Rice Husks and Their Applications / L. Sun, K. Gong // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2001. – № 40(25). – Р. 5861-5877. https://doi.org/10.1021/ie010284b.Sun L. Silicon-Based Materials from Rice Husks and Their Applications / L. Sun, K. Gong // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2001. – № 40(25). – Р. 5861-5877. https://doi.org/10.1021/ie010284b.MXene Frameworks Promote the Growth and Stability of LiF-Rich Solid–Electrolyte Interphases on Silicon Nanoparticle Bundles / Y. Yan et al // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2020. – № 12(16). – Р. 18541-18550. https://doi.org/10.1021/acsami.0c01959.MXene Frameworks Promote the Growth and Stability of LiF-Rich Solid–Electrolyte Interphases on Silicon Nanoparticle Bundles / Y. Yan et al // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2020. – № 12(16). – Р. 18541-18550. https://doi.org/10.1021/acsami.0c01959.Oboh I. Use of Rice Husk and Rice Husk Ash for Metallurgical Grade Silicon: The Production, Purification and Upgrade / I. Oboh, A. Ihom, I. Markson // International Journal of Engineering and Modern Technology. – 2023. – № 9(1). – Р. 83-99. https://doi.org/10.56201/ijemt.v9.no1.2023.pg83.99.Oboh I. Use of Rice Husk and Rice Husk Ash for Metallurgical Grade Silicon: The Production, Purification and Upgrade / I. Oboh, A. Ihom, I. Markson // International Journal of Engineering and Modern Technology. – 2023. – № 9(1). – Р. 83-99. https://doi.org/10.56201/ijemt.v9.no1.2023.pg83.99.Electromagnetic characteristics of biosilica from rice husk / V. Buz’ko et al // E3s Web of Conferences. – 2021. – № 263. – Р. 01013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126301013.Electromagnetic characteristics of biosilica from rice husk / V. Buz’ko et al // E3s Web of Conferences. – 2021. – № 263. – Р. 01013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126301013.Chen J. Thermal contact resistance across nanoscale silicon dioxide and silicon interface / J. Chen, G. Zhang, B. Li // Journal of Applied Physics. – 2012. – № 112(6). https://doi.org/10.1063/1.4754513.Chen J. Thermal contact resistance across nanoscale silicon dioxide and silicon interface / J. Chen, G. Zhang, B. Li // Journal of Applied Physics. – 2012. – № 112(6). https://doi.org/10.1063/1.4754513.5L-Scale Magnesio-Milling Reduction of Nanostructured SiO2 for High Capacity Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries / W. Cho et al // Nano Letters. – 2016. – № 16(11). – Р. 7261-7269. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03762.5L-Scale Magnesio-Milling Reduction of Nanostructured SiO2 for High Capacity Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries / W. Cho et al // Nano Letters. – 2016. – № 16(11). – Р. 7261-7269. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03762.Fiber-cement composite using rice stalk fiber and rice husk ash: Mechanical and physical properties / M. Ghofrani et al // Journal of Composite Materials. – 2014. – № 49(26). – Р. 3317-3322. https://doi.org/10.1177/0021998314561813.Fiber-cement composite using rice stalk fiber and rice husk ash: Mechanical and physical properties / M. Ghofrani et al // Journal of Composite Materials. – 2014. – № 49(26). – Р. 3317-3322. https://doi.org/10.1177/0021998314561813.Hallmann S. The Mechanochemical Formation of Functionalized Semiconductor Nanoparticles for Biological / S. Hallmann, M. Fink, B. Mitchell // Electronic and Superhydrophobic Surface Applications. – 2011. – Р. 129-142. https://doi.org/10.1002/9781118144602.ch13.Hallmann S. The Mechanochemical Formation of Functionalized Semiconductor Nanoparticles for Biological / S. Hallmann, M. Fink, B. Mitchell // Electronic and Superhydrophobic Surface Applications. – 2011. – Р. 129-142. https://doi.org/10.1002/9781118144602.ch13.Heintz A. Silicon nanoparticles with chemically tailored surfaces. / A. Heintz et al // Applied Organometallic Chemistry. – 2004. – № 24(3). – Р. 236-240. https://doi.org/10.1002/aoc.1602.Heintz A. Silicon nanoparticles with chemically tailored surfaces. / A. Heintz et al // Applied Organometallic Chemistry. – 2004. – № 24(3). – Р. 236-240. https://doi.org/10.1002/aoc.1602.Spectroscopic characterization of quantum-sized TiO2 supported on silica: influence of size and TiO2-SiO2 interface composition / G. Lassaletta et al // The Journal of Physical Chemistry. – 1995. – № 99(5). – Р. 1484-1490. https://doi.org/10.1021/j100005a019.Spectroscopic characterization of quantum-sized TiO2 supported on silica: influence of size and TiO2-SiO2 interface composition / G. Lassaletta et al // The Journal of Physical Chemistry. – 1995. – № 99(5). – Р. 1484-1490. https://doi.org/10.1021/j100005a019.A structural investigation relating to the pozzolanic activity of rice husk ashes / D. Nair et al // Cement and Concrete Research. – 2008. – № 38(6). – Р. 861-869. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.10.004.A structural investigation relating to the pozzolanic activity of rice husk ashes / D. Nair et al // Cement and Concrete Research. – 2008. – № 38(6). – Р. 861-869. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.10.004.Enhancing Effect of SiOx Monolayer Coverage of TiO2 on the Photoinduced Oxidation of Rhodamine 6G in Aqueous Media / H. Tada et al // The Journal of Physical Chemistry B. – 1998. – № 102(33). – Р. 6360-6366. https://doi.org/10.1021/jp980892d.Enhancing Effect of SiOx Monolayer Coverage of TiO2 on the Photoinduced Oxidation of Rhodamine 6G in Aqueous Media / H. Tada et al // The Journal of Physical Chemistry B. – 1998. – № 102(33). – Р. 6360-6366. https://doi.org/10.1021/jp980892d.Comparison of high temperature chars of wheat straw and rice husk with respect to chemistry, morphology and reactivity / A. Trubetskaya et al // Biomass and Bioenergy. – 2016. – № 86. – Р. 76-87. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.01.017.Comparison of high temperature chars of wheat straw and rice husk with respect to chemistry, morphology and reactivity / A. Trubetskaya et al // Biomass and Bioenergy. – 2016. – № 86. – Р. 76-87. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.01.017.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.