Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия:

А. Н. Кущенко, ассистент кафедры общей и технической физики, канд. техн. наук, эл. почта: Kuschenko_AN@pers.spmi.ru
А. Г. Сырков, профессор кафедры общей и технической физики, докт. техн. наук, эл. почта: Syrkov_AG@pers.spmi.ru
К. К. Нго, аспирант кафедры химических технологий и переработки энергоносителей, эл. почта: ngoquockhanh292@mail.ru

Методом твердотельного гидридного синтеза (ТГС), который основан на восстановлении в проточном реакторе твердых соединений металлов летучими элементоводородными соединениями в области термостабильности последних, получены дисперсные «объемные» и нанесенные на кремнеземные подложки металлические продукты, содержащие на поверхности хемосорбированные молекулы различных кремнийгидридных восстановителей. Впервые восстановительные свойства кремнийгидридных реагентов сопоставлены с их нуклеофильными свойствами, которые оценены согласно квантово-химическим расчетам, выполненным с помощью программы HyperChem. Подтверждено, что на начальном этапе восстановления NiCl₂ нуклеофильные свойства изученных реагентов со связью Si – H в структуре молекулы связаны симбатной зависимостью с достигаемой степенью восстановления до металла. Установлено, что при прочих равных условиях степень восстановления в зависимости от вида восстановителя увеличивается в ряду: пары метилдихлорсилана, пары метилгидридсилоксана, пары этилгидридсилоксана, моносилан. Опыты показали, что для восстановления оксидного сырья намного эффективнее использование не моносилана, а метилдихлорсилана (МДХС). Последнее, хлорируя оксид, облегчает его восстановление и обеспечивает более глубокое восстановление. Последнее в парах МДХС позволяет, в зависимости от вида металла и исходного твердофазного сырья, регулировать удельную поверхность металлического продукта в диапазоне 40–120 м²/г. Показано, что последовательное восстановление исходных соединений (сырья) в пара х МДХС и в метане приводит к формированию металлического продукта (M = Cu, Ni, Fe) с высокогидрофобной поверхностью. Впервые методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии систематически изучены возможности регулирования энергии связи электронов характеристического уровня металла (M2p3/2), восстановленного в условиях ТГС на кремнеземных подложках. Увеличение энергии связи уровня M2p3/2 металла на силикагеле, отражающее степень стабилизации металла на подложке, в зависимости от вида восстановителя, происходит в последовательности H₂, CH₄, NH₃, CH₃SiHCl₂, SiH4. Установлено, что наиболее сильные водоотталкивающие свойства, сопоставимые со свойствами супергидрофобного кремнийорганического адсорбента полиметилсилоксана, демонстрируют образцы силикагеля, металлизированные никелем в условиях ТГС. Металлизированные медью в тех же условиях образцы пористого стекла, обладая достаточной гидрофобностью, стабильностью и улучшенными эмиссионными характеристиками, способны конкурировать с наноуглеродными структурами в качестве перспективного материала для изготовления холодных катодов.

1. Mineev G. G., Mineeva T. S., Zhuchkov I. A., Zelinskaya E. V. Theory of metallurgical processes. Irkutsk : Izdatelstvo IrGTU, 2010. 524 p.
2. Sizyakov V. M., Polyakov P. V., Bazhin V. Yu. Production of aluminium and its alloys in Russia: Current trends and strategic objectives. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 16–23.
3. Quiroz Cabascango V. E., Bazhin V. Yu. Nickel oxide reduction in CO/CO₂ gas mixtures in reverberatory furnaces. IOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies. 2020. Vol. 1515. 022028. DOI: 10.1088/1742-6596/1515/2/022028
4. Brichkin V. N., Vorobiev A. G., Bazhin V. Yu. Mining Institute’s metallurgists: a tradition serving the Country, science and production industry. Tsvetnye Metally. 2020. No. 10. pp. 4–13.
5. New Materials. Preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology. New York : Nova Science Publishers, Inc., 2020. 249 p.
6. Applied Aspects of Nano-Physics and Nano-Engineering. New York : Nova Science Publishers, Inc., 2019. 308 p.
7. Sosnov E. A., Malkov A. A., Malygin A. A. The nanotechnology of monomolecular layering in the production of inorganic and hybrid materials for different applications (Review). I Molecular layering method: How it originated
and evolved. Zhurnal prikladnoy khimii. 2021. No. 8. pp. 967–986. DOI: 10.31857/S0044461821080028
8. Sosnov E. A., Malkov A. A., Malygin A. A. The nanotechnology of monomolecular layering in the production of inorganic and hybrid materials for different applications (Review). II. The process of molecular layering and its potential commercialization and development in the 21^st century. Zhurnal prikladnoy khimii. 2021. No. 9. pp. 1104–1137. DOI: 10.31857/S0044461821090024
9. Tsvetkov G. M., Maksarov D. V., Chasovskoy O. V. On V. B. Aleskovskiy’s concepts in the field of nanotechnology and directed synthesis of solids. Proceedings of the Nanophysics and Nanomaterials International Conference. 23–24 November 2022, Saint Petersburg, Russia. St Petersburg : Sankt-Petersburgskiy gornyi universitet, 2022. pp. 332–337.
10. Aleskovskiy V. B. The chemistry of supramolecular compounds. St Petersburg : Izdatelstvo SPbTU, 1996. 256 p.
11. Academicians of the victory. St Petersburg : Nauchnoe izdatelstvo biograficheskoy mezhdunarodnoy entsiklopedii “Gumanistika”, 2020. pp. 29–31.
12. Syrkov A. G., Kushchenko A. N., Silivanov M. O., Taraban V. V. Nanostructured regulation of the surface properties and hydrophobicity of nickel and iron by solid-state reduction and modifying methods. Tsvetnye Metally. 2022. No. 5. pp. 54–59.
13. Yachmenova L. A. Developing an energy and resource saving technology for producing metal products using reducer-modifier hydrides: Extended abstract of dissertation of Candidate of Technical Sciences. St Petersburg, 2021. 23 p.
14. Silivanov M. O. Adsorption and acidity/basicity properties of metals with organo hydride siloxane and ammonium compounds on the surface and their influence on the antifriction effect: Extended abstract of dissertation of Candidate of Technical Sciences. St Petersburg, 2018. 24 p.
15. Aleskovskiy V. B. Quantum synthesis. Zhurnal prikladnoy khimii. 2007. Vol. 80, No. 1. pp. 1761–1767.
16. Smirnov V. M., Zemtsova E. G., Belikov A. A. et al. Chemical design of quasi-one-dimensional organoferric nanostructures fixed to an inorganic matrix and understanding their magnetic properties. Doklady Akademii nauk. 2007. Vol. 413, No. 6. pp. 776–780.
17. Pak V. N., Lapatin N. A., Pronin V. P., Yachmenova L. A. Obtaining and electronic emission of planar structures of metallic copper on a porous ceramic substrate. Tsvetnye Metally. 2021. No. 5. pp. 55–59.
18. Boynovich L. B. Superhydrophobic coatings as a new class of polyfunctional materials. Vestnik RAN. 2013. Vol. 83, No. 1. pp. 10–22.
19. Baake E., Shpenst V. A. Recent scientific research on electrothermal metallurgical processes. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 240. pp. 660–668.
20. Pozhidaeva S. D., Ageeva L. S., Ivanov A. M. Comparative analysis of zinc and tin oxidation with acids at room temperatures. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 235. pp. 38–46. DOI: 10.31897/pmi.2019.1.38
21. Zhao Y., Xu J. B., Hu J. M. et al. Electrodeposited superhydrophobic silica films coembedded with template and corrosion inhibitor for active corrosion protection. Applied Surface Science. 2020. Vol. 508. 145242. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.145242
22. Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapov R. K. Analysis of application and impact of carbon state of oil and gas facilities. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250. pp. 578–586.
23. Thanasekaran P., Su C. H., Liu Y. H., Lu K. L. Hydrophobic metalorganic frameworks and derived composites for microelectronics applications. Chemistry – A European Journal. 2021. Vol. 27. pp. 16543–16563. DOI: 10.1002/chem.202100241
24. Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Dvoynikov M. V., Buslaev G. V. Barriers to implementation of hydrogen initiatives in the context of global energy sustainable development. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 244. pp. 421–431. DOI: 10.31897/pmi.2020.4.5
25. Vinogradova A. A. Ways to control the antifriction properties of tribotechnical materials containing low-dimensional modifiers of metal additions, accounting for non-linear effects: Extended abstract of dissertation of Candidate of Technical Sciences. St Petersburg, 2017. 20 p.
26. Anderson H. H. Reactions of triethylsilane and dimethylsilane with inorganic palids an acids. Journal of the American Chemical Society. 1958. Vol. 60, No. 19. pp. 5083–5087.
27. Slinyakova I. B., Denisova T. I. Organosilicon adsorbents: Production, properties, application. Kyiv : Naukova dumka, 1988. 192 p.
28. Makhova L. V. Hydride solid-state synthesis and the structural and chemical features of Si – C-bearing metallic substances: Extended abstract of dissertation of Candidate of Technical Sciences. St Petersburg, 1993. 22 p.
29. Clark T. Computer chemistry. Moscow : Mir, 1990. 383 p.
30. Musina D. T., Kabirov V. R., Khanh N. Q. Electrophilic and nucleophilic modifiers as a factor of formation of lipophilic properties of surface – modified materials. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1040. pp. 94–100.
31. Kabirov V. R., Musina D. T., Ngo Quoc Khanh. Understanding the electrophilic-nucleophilic properties of oligohydride ethyl siloxane – an active component of the hydrophobizing organosilicon liquid GKZh-94. Proceedings of the Nanophysics and Nanomaterials International Conference. 25–26 November 2020, Saint Petersburg, Russia. St Petersburg : Sankt-Peterburgskiy gornyi universitet, 2020. pp. 163–173.
32. Kriklivyi D. I., Klimovich N. A. Examining the activity of gas reductants and methods of selecting them in high-temperature oxidation-reduction processes. Zhurnal prikladnoy khimii. 1991. Vol. 64, No. 11. pp. 2242–2249.
33. Yang Z., Liu X., Tian Y. Novel metal-organic super-hydrophobic surface fabricated by nanosecond laser irradiation in solution. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. Vol. 587. 124343. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2019.124343
34. Su D. Y., Hsu C. C., Lai W. H., Tsai F. Y. Fabrication, mechanisms, and properties of high-performance flexible transparent conductive gas-barrier films based on Ag nanowires and Atomic Layer Deposition. ACS Applied Materials & Interfaces. 2019. Vol. 11, No. 37. pp. 34212–34221. DOI: 10.1021/acsami.9b09772
35. Chen R., Shan B., Liu X., Cao K. Catalysts via Atomic Layer Deposition. Recent Advances in Nanoparticle Catalysis. Molecular Catalysis. Vol. 1. Springer, Cham., 2020. pp. 69–105. DOI: 10.1007/978-3-030-45823-2_3
36. Voznyakovskiy A. P., Fursey A. A., Voznyakovskiy A. A. et al. Lowthreshold field electron emission from a two-dimensional carbon structure. Pisma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki. 2019. Vol. 45, No. 9. pp. 46–49. DOI: 10.21883/PJTF.2019.09.47715.17705
37. Korneev S. I. Global overview of the non-ferrous metals market. Tsvetnye Metally. 2020. No. 7. pp. 4–7.
38. Ginzburg V. L. About science, myself and others. Moscow : Izdatelstvo fiziko-matematicheskoy literatury, 2003. 544 p.
39. Lutskiy D. S., Ignatovich A. S. Understanding the hydrometallurgical recovery of copper and rhenium when processing off-grade copper concentrates. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 251. P. 723–729. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.11
40. Cheremisina E., Cheremisina O., Ponomareva M., Bolotov V., Fedorov A. Kinetic features of the hydrogen sulfide sorption on the ferro-manganese material. Metals. 2021. Vol. 11. P. 90. DOI: 10.3390/met11010090
41. Litvinova T. E., Kashurin R., Lutskiy D. Complex formation of rare-earth elements in carbonate–alkaline media. 2023. Materials. Vol. 16. P. 3140. DOI: 10.3390/ma16083140
42. Bolobov V. I., Chupin S. A., Mishin I. I. et al. Grain size reduction in the material structure as an effective method of increasing the wear resistance of quick-wear elements of mining equipment. New Materials: Preparation, Properties and Applications in the Aspect of Nanotechnology. 2020. pp. 29–38.
43. Smerdov R. S., Mustafaev A. S., Spivak Yu. M. et al. Composite nanostructured materials for plasma energetic systems. Applied Aspects of Nano-Physics and Nano-Engineering. 2019. pp. 229–236.