СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАНОКОМПОЗИТОВ TI₃C₂T_X/SI, ПОЛУЧЕННЫХ МЕХАНОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Настоящее исследование посвящено изучению фундаментальных закономерностей формирования гетероструктур на основе двумерных карбидов титана (Ti₃C₂T_x 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.