МЕХАНОХИМИЯЛЫҚ ӘДІСПЕН АЛЫНҒАН TI₃C₂T_X/SI НАНОКОМПОЗИТТЕРІНІҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ ТАЛДАУЫ

Бұл зерттеу әртүрлі генезистегі кремний құрамды модификаторлар мен екі өлшемді титан карбидтері (Ti₃C₂T_x MXene) негізіндегі гетероқұрылымдардың түзілуінің іргелі заңдылықтарын зерттеуге арналған. Жұмыстың өзектілігі электрохимиялық циклдеу процестерінде кремнийдің едәуір көлемдік өзгерістерін төмендетуге қабілетті тұрақты анодтық материалдарды жасау қажеттілігімен байланысты. Прекурсорлар ретінде кристалды кремний, күріш қауызынан алынған биогенді кремний және дисперстілігі түрлі аморфты кремний диоксиді зерттелді. Нанокомпозиттер синтезі этанолдың тотықсыздандырғыш ортасында жоғары энергиялы механохимиялық активтендіру әдісімен жүзеге асырылды. Сканирлеуші электрондық микроскопия және энергия-дисперсиялық рентгендік спектроскопия әдістерімен жүргізілген кешенді талдау биогенді аморфты модификаторларды қолдану MXene ламеллаларының жабынының барынша дәл біртектілігін қамтамасыз ететінін көрсетті. Интерфейсті тұрақтандырудың негізгі факторы биогенді шикізат бетіндегі белсенді гидроксил топтарының болуымен иницияцияланатын ковалентті Si–O–Ti көпірлік байланыстарының түзілуі екендігі анықталды. Этанолды дисперсиялық орта ретінде қолдану титан матрицасының деградациясы мен тотығуын тиімді болдырмай, композиттің ламеллярлы архитектурасының сақталуына ықпал ететіні дәлелденді. Алынған нәтижелер литий-ионды энергия сақтау жүйелері мен функционалды каталитикалық жабындар үшін жоғары тиімді жаңа буын электродтарын жасаудың ғылыми-технологиялық базасын кеңейтеді.

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.