Synthesis and characterization of mixed bimetallic layered (Cr,V)C carbide

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents the synthesis of layered complex carbide of the composition (Cr,V)C using reactive spark plasma sintering (SPS-RS) and hydrothermal acid etching. Using SEM and TEM, a detailed study of the macro- and nano-structure at each stage of MAXene synthesis was carried out. The presence of characteristic features of the formation of two-dimensional carbide in the form of particles and fragments of a multilayer structure at the macro- and nanolevel was confirmed. Using EDS and XRD, the elemental and phase composition of the samples was studied, as a result it was found that the initial expected MAX-phase Cr2VAlC2 in the composition of the sample obtained by SPS is absent. At the same time, a phase of mixed bimetallic carbide (Cr,V)C was detected at all stages of synthesis, for which the crystal lattice parameters, including the unit cell volume, change significantly after acid etching. Obvious changes in the bulk and crystalline structure of (Cr,V)C correspond to the formation of two-dimensional nanoparticles in the synthesized material. The magnetic characteristics study showed that all samples have magnetic hysteresis with relatively low values of coercivity and remanence to saturation magnetization ratio. Low-temperature measurements showed a slight increase in magnetic moment with decreasing temperature for the sample obtained under reaction SPS conditions before acid etching in HF, without significant changes in magnetic behavior of the samples.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. K. Papynov

Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

A. V. Ognev

Far Eastern Federal University; Sakhalin State University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok; Yuzhno-Sakhalinsk

M. S. Gurin

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

N. P. Ivanov

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

O. O. Shichalin

Far Eastern Federal University; Sakhalin State University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok; Yuzhno-Sakhalinsk

A. O. Lembikov

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

M. I. Sobirov

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

K. A. Rogachev

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

A. Yu. Samardak

Far Eastern Federal University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

A. S. Samardak

Far Eastern Federal University; Sakhalin State University

Email: papynov@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok; Yuzhno-Sakhalinsk

References

  1. Cao Y., Xing G., Lin H. et al. // iScience. 2020. V. 23. № 10. P. 101614. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101614
  2. Zhang Q., Zhang Z., Li C. et al. // Chip. 2023. V. 2. № 4. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.chip.2023.100059
  3. Zhao H., Yun J., Li Z. et al. // Mater. Sci. Eng. R Reports. 2024. V. 161. P. 100873. https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100873
  4. Telegin A.V., Namsaraev Z.Z., Bessonov V.D. et al. // Mod. Electron. Mater. 2024. V. 10. № 1. P. 51. https://doi.org/10.3897/j.moem.10.1.130290
  5. Samardak A.Y., Sobirov M.I., Rogachev K.A. et al. // Small. 2024. V. 2401270. P. 1. https://doi.org/10.1002/smll.202401270
  6. Lv L., Zhang P., Yang X. et al. // Surfaces and Interfaces. 2024. V. 44. № September 2023. P. 103678. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103678
  7. Ahmadi B., Montazer M.N., Bozorg A. et al. // MXenes synthesis and characterization, in: MXenes as Surface-Active Adv. Mater., Elsevier. 2024, P. 33–61. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-13589-7.00022-5
  8. Simonenko E.P., Mokrushin A.S., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0036023624601703
  9. Alam M.S., Chowdhury M.A., Khandaker T. et al. // RSC Adv. 2024. V. 14. № 37. P. 26995. https://doi.org/10.1039/D4RA03714F
  10. Shichalin O.O., Ivanov N.P., Seroshtan A.I. et al. // Ceram. Int. 2024. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.10.161
  11. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 5. P. 705. https://doi.org/10.1134/S0036023622050187
  12. Simonenko N.P., Glukhova O.E., Plugin I.A. et al. // Chemosensors 2023. V. 11. № 1. P. 1. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010007
  13. Ateş S., Süzer I., Erol A.M. et al. // ITU J. Metall. Mater. Eng. 2024. P. 16.
  14. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 11. P. 1838. https://doi.org/10.1134/S0036023622601222
  15. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Averin A.A. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. P. 142. https://doi.org/10.3390/chemosensors11020142
  16. Simonenko E.P., Mokrushin A.S., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0036023624600850
  17. Simonenko E.P., Mokrushin A.S., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. https://doi.org/10.1134/S0036023624601727
  18. He J., Frauenheim T. // J. Phys. Chem. Lett. 2020. V. 11. № 15. P. 6219. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02007
  19. Yadav A., Agarwal S., Khan S. // 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes) in Water Treatment, 2024. https://doi.org/10.1007/978-981-99-8010-9_5
  20. Si C., Zhou J., Sun Z. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. № 31. P. 17510. https://doi.org/10.1021/acsami.5b05401
  21. He J., Lyu P., Sun L.Z. et al. // J. Mater. Chem. 2016. V. 4. № 27. P. 6500. https://doi.org/10.1039/c6tc01287f
  22. He J., Frauenheim T. // J. Phys. Chem. Lett. 2020. V. 11. № 15. P. 6219. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02007
  23. Gutierrez-Ojeda S.J., Ponce-Pérez R., Guerrero-Sánchez J. et al. // Graphene 2D Mater. 2024. V. 9. № 1–2. P. 47. https://doi.org/10.1007/s41127-023-00068-0
  24. Zou X., Liu H., Xu H. et al. // Mater. Today Energy. 2021. V. 20. P. 100668. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100668
  25. Akinola O., Chakraborty I., Celio H. et al. // J. Mater. Res. 2021. V. 36. № 10. P. 1980. https://doi.org/10.1557/s43578-021-00258-7

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of the structure of the sample obtained by IPS: A, B, C – local areas of enlarged scale.

Download (804KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. TEM images of the structure of the sample obtained by IPS: A, B – local areas of increased scale.

Download (532KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM images of the sample structure after acid etching: A, B, C – local areas of enlarged scale.

Download (724KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. TEM images of the sample structure after acid etching: A, B – local areas of enlarged scale.

Download (616KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. EDS analysis of the sample surface before (a) and after acid etching (b).

Download (374KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Experimental and simulated X-ray diffraction profiles for a sample obtained by IPS.

Download (221KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Experimental and simulated X-ray diffraction profiles for a sample of layered complex chromium-vanadium carbide.

Download (193KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Magnetic hysteresis loops of the studied samples (a) (the inset shows a loop for a sample of two-dimensional nanoparticles of the composition (Cr,V)C) and normalized loops (b).

Download (158KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Magnetic hysteresis loops for samples before (a) and after (b) acid etching (layered complex carbide of composition (Cr,V)C). The red line indicates magnetic hysteresis loops obtained at room temperature, the blue line – at 100 K.

Download (145KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Cooling curves in the zero ZFC field (a) and in the FC field (b) for all samples.

Download (167KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».