Физикохимия поверхности и защита материалов
ISSN(Print): 0044-1856
В журнале публикуются материалы, касающиеся теоретических и прикладных аспектов проблем физической химии поверхности, новых материалов, их поведения в различных условиях и окружениях, управления их свойствами, контроля и защиты от деградации и воздействия окружающей среды.
Свидетельство о регистрации СМИ: № 0110259 от 09.02.1993
Учредители
- Российская академия наук
- Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Главный редактор
- Цивадзе Аслан Юсупович, академик РАН, доктор химических наук
Периодичность / доступ
6 выпусков в год / подписка
Входит в
Белый список (2 уровень), перечень ВАК, РИНЦ
Журнал является рецензируемым, включен в Перечень ВАК. Входит в базу данных Russian Science Citation Index на платформе Web of Science, систему РИНЦ.
Текущий выпуск
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 61, № 4 (2025)
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ
Синтез и исследование свойств функционализированной металл-органической каркасной структуры ZrBDC для адсорбции углекислого газа
Аннотация
В работе синтезировали металл-органическую каркасную структуру ZrBDC, обладающую высокими значениями площади поверхности (1330 м2/г), объема микропор (0,57 см3/г), адсорбции углекислого газа (13,5 ммоль/г) и высокой термической устойчивостью (200°С). Полученный образец является перспективным адсорбентом для аккумулирования углекислого газа.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):343-350
343-350
Оценка свободной поверхностной энергии порошков алюминия
Аннотация
Свободная поверхностная энергия порошков является важной термодинамической характеристикой, определяющей их физические свойства и позволяющей заранее прогнозировать формирование заданных структурно-морфологических свойств. В данной работе представлены результаты сравнительного исследования свободной поверхностной энергии (СПЭ) двух алюминий-содержащих порошковых систем: исходного алюминиевого порошка (АСД-4), представляющего собой частицы сферической формы и композиционного порошка “алюминий – активированный уголь – графит” с частицами пластинчатой формы и с существенно более развитой поверхностью. Трудности, возникающие при измерении контактных углов для порошковых систем с целью определения СПЭ, склоняют к поиску методов, позволяющих избежать эти проблемы. В связи с этим с помощью метода капиллярного подъема, основанного на теоретическом подходе при использовании модифицированного уравнения Уошберна и формулы адгезии Фоукса, оценена дисперсионная составляющая поверхностной энергии алюминий-содержащих порошков. По результатам экспериментов было показано существенное увеличение дисперсионной компоненты СПЭ для композиционного порошка “алюминий – активированный уголь –графит” с чрезвычайно развитой поверхностью по сравнению с исходным алюминием марки АСД-4.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):351-357
351-357
Равновесная сорбция фенола из водных растворов активированными углями на основе различного сырья
Аннотация
В работе исследована сорбция фенола на активированных углях ВСК-400 и Norit GAC 1240W, полученных из различного сырья, при разных температурах в статических условиях. Определена сорбционная способность к ряду неорганических веществ, указывающая на количество функциональных кислотных и основных групп, а также дающая предварительную характеристику площади поверхности сорбентов по количеству поглощенного молекулярного иода. Дана оценка морфологии поверхности частиц углей из различного сырья по микрофотографиям, полученным методом растровой электронной микроскопии. При сравнении равновесных характеристик в изученном диапазоне концентраций отмечена большая способность к извлечению фенола для угля ВСК-400. При этом на его сорбционные характеристики не оказывают влияние температура и присутствие минеральной соли.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):358-364
358-364
Оценка возможного влияния константы Генри на минимизацию интервалов интегрирования при вычислении моментов в хроматографии
Аннотация
Путем численного интегрирования оценено возможное влияние величины константы Генри на поведение зависимостей регулируемых интервалов интегрирования от относительной длины слоя адсорбента. Проанализированы формы кривых элюирования, вычисленных для разных величин константы Генри при одном значении относительной длины слоя адсорбента. Обнаружено, что для правой и левой частей кривой элюирования при одинаковых ошибках вычисления моментов наблюдается абсолютное совпадение по величинам высоты пика, интервала интегрирования и площади отсекаемой кривой, нормированных к соответствующим величинам. При этом сами нормированные параметры, вычисленные для разных частей кривой элюирования, значительно отличаются друг от друга. Доказано, что интервалы интегрирования определяются только значением относительной длины слоя адсорбента и не зависят от величины константы Генри или от других величин.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):365-370
365-370
НАНОРАЗМЕРНЫЕ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
Влияние одноатомных спиртов на формирование самоорганизованных нанопленок додеакантиола из водных растворов на поверхности металлических электродов
Аннотация
Методами вольтамперометрии и потенциостатической хроноамперометрии изучено влияние адсорбции одноатомных спиртов с разной длиной углеводородного радикала (С2–С4) и с изомерией положения ОН– группы в молекуле спирта (C3) на электрохимическое поведение самоорганизующихся монослоев (SAMs) додекантиола (ДДТ) на поверхности механически обновляемых Au и Co электродов. Было обнаружено увеличение силы связи спирта с поверхностью Au в ряду этанол – пропанол – бутанол, а с Со в ряду пропанол – этанол – бутанол, что отразилось на адсорбции додекантиола и свойствах SAMs. Показано, что положение ОН– группы сказывается на адсорбционной активности спирта (на примере пропанол-1/пропанол-2) на поверхности Au и Co, при этом более сильная адсорбция пропанола-1 в большей степени препятствует адсорбции ДДТ и формированию плотной пленки SAMs.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):371-378
371-378
Каталитические адсорбенты на основе сверхсшитых полимеров с иммобилизованными наночастицами платины
Аннотация
Получены нанокомпозитные адсорбенты на основе сверхсшитых полимеров с иммобилизованными частицами платины. Наночастицы платины введены в пористую структуру адсорбента Macronet и синтезированного сверхсшитого стирол-дивинилбензольного сополимера методом химического восстановления. В адсорбентах методом просвечивающей электронной микроскопии идентифицированы наночастицы платины размером 3.8 ± 0.8 нм (Macronet) и 2.6 ± 1 нм (сверхсшитый сополимер). Параметры пористой структуры нанокомпозитных адсорбентов рассчитаны по результатам исследований методом адсорбции азота и диоксида углерода. Адсорбенты обладают развитой системой пор, включающей определенные размерные фракции микро- и мезопор. Для адсорбента Macronet характерны фракции 0.7–1.8 нм и 2.5 нм, для сверхсшитого сополимера фракции 1.7–2.7 нм и 3.1–4.8 нм. Суммарная удельная поверхность пор этих адсорбентов 400 и 300 м2/г, мезопор 60 и 180 м2/г, ультрамикропор 0.6–0.8 нм 600 и 270 м2/г. Композитные адсорбенты с наночастицами платины эффективно катализируют окисление метанола в водном растворе, многократно снижая его концентрацию от 475 до безопасного уровня 3 мг/л.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):379-388
379-388
Влияние напряжения смещения на микроструктуру, механические и коррозионные свойства многослойных пленок Ti/CrN/TiN, нанесенных катодно-дуговым испарением
Аннотация
Покрытия Ti/CrN/TiN наносились методом катодно-дугового осаждения при напряжениях смещения подложки от 20 В до 60 В. В ходе исследования изучалось влияние напряжения смещения на топографию, механические и коррозионные свойства покрытий с помощью лазерной и сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, оборудования для испытаний нанотвердости и электрохимических испытаний. Результаты показывают, что напряжение смещения существенно влияет на морфологию покрытий Ti/CrN/TiN. При увеличении напряжения смещения с 20 В до 60 В концентрация макроскопических дефектов заметно уменьшалась, а средняя шероховатость поверхности (Ra), измеренная контактным методом, уменьшалась с 0.227 мкм до 0.179 мкм на длину 4 мм. Наноиндентирование показало, что покрытия, нанесенные при напряжении смещения 60 В, обладают максимальными твердостью и модулем упругости. Коррозионные испытания в 3.5 мас.% растворе NaCl показали, что покрытия, нанесенные при напряжениях смещения 20 В и 40 В, имели лучшую коррозионную стойкость по сравнению с покрытиями, нанесенными при напряжении 60 В, вероятно, из-за более плотной микроструктуры, действующей как барьер для диффузии агрессивных веществ.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):389-400
389-400
Анодный катализатор PtMoO3/УНТ для прямого этанольного топливного элемента с щелочным электролитом
Аннотация
Проведен синтез и исследованы характеристики катализатора PtМоO3/углеродные нанотрубки (УНТ) в реакции электроокисления этанола в щелочной среде. Показано, что PtMoO3/УНТ превосходит по активности коммерческие катализаторы PtRu/C и Pt/C. Проведена оптимизация архитектуры мембранно-электродного блока (МЭБ) этанольно-кислородного топливного элемента (ТЭ) с анодом на основе катализатора PtMoO3/УНТ, включая выбор оптимального катодного катализатора. Установлено, что неплатиновый катализатор УНТN активен в отношении реакции восстановления кислорода (РВК) в щелочной среде и существенно превосходит коммерческий катализатор 40% Pt/C по толерантности к отравляющему воздействию спирта. При исследовании влияния содержания катализатора PtMoO3/УНТ в составе анодного активного слоя (АС) на характеристики МЭБ установлено увеличение максимальной плотности мощности, выраженной в мВт/см2, с ростом загрузки платины в интервале 0.2–1.34 мгPt/см2. Полученные результаты свидетельствуют о высокой степени доступности активных центров катализатора в объеме АС разработанной архитектуры. По результатам испытаний оптимизированного МЭБ при температуре 20°С без избыточного давления и увлажнения окислителя получены величины максимальной плотности мощности 14.6 и 11 мВт/см2 при работе катода в кислородной и воздушной средах соответственно. Достигнутые параметры соответствуют лучшим результатам, описанным в литературе для сходных условий эксперимента.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):401-411
401-411
Химическое полирование нержавеющей стали с помощью обратных микроэмульсий додецилсульфата натрия, содержащих соляную кислоту
Аннотация
Для химического полирования нержавеющей стали 08Х18Н10 (AISI 304) применяли наноструктурированные среды – обратные микроэмульсии в системе додецилсульфат натрия – бутанол-1 – керосин – водный раствор соляной кислоты. Изучено влияние температуры в диапазоне 40°–80°С, скорости перемешивания микроэмульсии от 0 до 100 об/мин, времени полирования 5–25 мин и концентрации HCl в водной фазе микроэмульсии от 0.10 до 0.40 моль/л на шероховатость стальной пластинки. Величины среднего арифметического отклонения профиля Ra и наибольшей высоты профиля Rz поверхности определяли с помощью оптического профилометра – микроинтерферометра Линника. На большинстве полученных кинетических кривых сначала наблюдается снижение шероховатости, а затем ее повышение. Время, при котором получается минимум, и глубина этого минимума зависят от температуры, скорости перемешивания и концентрации HCl. Определены наилучшие условия для химического полирования изученных образцов стали: Т = 60°С, механическое перемешивание со скоростью 70 об/мин, длительность процесса 20 мин, концентрация HCl в водной фазе 0.15 моль/л. В этих условиях достигается снижение среднего арифметического отклонения профиля на 31 ± 4% и наибольшей высоты профиля на 27 ± 4%.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):412-422
412-422
Структура и свойства покрытий Zr–Ti–B–C–N, полученных методом импульсного магнетронного напыления
Аннотация
Покрытия Zr–Ti–B–C–N были получены методом реакционного импульсного магнетронного напыления при частотах 0, 50 и 350 кГц. Покрытия содержали высокую суммарную концентрацию неметаллических элементов в диапазоне 80–84 ат.% и обладали плотной малодефектной аморфной структурой. В покрытиях преобладали связи B–N, B–C и Zr–O. Твердость покрытий составила 8–9 ГПа, модуль упругости и упругое восстановление находилось в пределах 126–144 ГПа и 36–40% соответственно. Наименьший коэффициент трения ~0,15 имело покрытие, осажденное при частоте 350 Гц. Максимальный оптический коэффициент пропускания ~90% показало покрытие, полученное при 50 кГц, характеризующееся минимальной толщиной и повышенной концентрацией кислорода. Покрытия Zr–Ti–B–C–N оптимального состава превосходили по коэффициенту пропускания образцы сравнения Zr–B–N.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):423-431
423-431
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Планирование многофакторного эксперимента при оптимизации условий сорбционной очистки раствора от ионов меди
Аннотация
Целью работы являлось изучение комплексного влияния различных технологических факторов на эффективность очистки и определение оптимальных условий для сорбционной очистки растворов от ионов меди сорбционным материалом путем построения математической модели, адекватно описывающей процесс водоочистки. В исследованиях проводили очистку модельных растворов, содержащих ионы меди, концентрацию которых определяли фотоколориметрическим методом. Для построения математической модели процесса использовали регрессионный анализ – ротатабельный план второго порядка ЦКРП-2n полнофакторного эксперимента (ПФЭ), где n – число независимых переменных. В качестве функции отклика являлась эффективность очистки модельного раствора от ионов меди. Уровни варьирования независимых переменных устанавливали предварительно таким образом, чтобы изменения исследуемого параметра в данном интервале заданных значений были максимальными. По результатам эксперимента и обработки на ЭВМ получена регрессионная модель, адекватно описывающая процесс водоочистки и позволяющая определить наиболее рациональные условия технологического процесса для достижения максимальной эффективности очистки. Построены поверхности отклика, наглядно демонстрирующие области рациональных условий технологического процесса. Максимальной эффективности очистки (96,0%) соответствуют следующие технологические условия: дозировка сорбционного материала – 7–9 г/дм3, продолжительность контакта – 40–50 мин, температурные условия процесса обработки сточных вод – 20°–30°С.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):448-454
448-454
НОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
Фотохимическая деструкция и агрессивостойкость фторсодержащих модифицированных полиуретановых эластомеров
Аннотация
Изучено модифицирующее влияние на структуру и свойства полиуретановых эластомеров полифторированного амина, синтезируемого бисалкилированием трис-(2-аминоэтиламина) полифторированным спиртом. Методами дифракции и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, ЯМР спектроскопиии золь-гель анализа исследована структура модифицированного полиуретана. Показано, что введение модификатора на стадии миграционной полимеризации изоцианата и полиола благоприятно сказывается на упрочнении получаемого фторполимера, возрастании гидрофобности получаемых покрытий и их устойчивости в условиях фотохимической деструкции и воздействия агрессивных сред.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):432-441
432-441
Коррозионностойкие покрытия нитрида и оксида хрома, полученные вакуумно-дуговым методом
Аннотация
С помощью стационарной вакуумной дуги получены покрытия на основе нитрида и оксидов хрома толщиной порядка 1 мкм на подложках из стали 40Х. Представлены результаты исследований структуры, механических и коррозионных свойств покрытий. Показано, что нанесение покрытий снижает скорость коррозии стали в диапазоне от двух до семи раз, выполняя защитную функцию. На образцах с покрытием после электрохимических испытаний наблюдается точечный характер коррозии. Предложено объяснение данного механизма коррозии.
Физикохимия поверхности и защита материалов. 2025;61(4):442-447
442-447