zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1706Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREСинтез наночастиц кремния при электроразрядной модификации микропорошка в этанолеSynthesis of silicon nanoparticles by electric discharge modification of micropowder in ethanolНеварЕ. А.NevarA. A.

Минск

Minsk

a.nevar@ifanbel.bas-net.byШумейкоА. Р.ShumejkoA. R.

Минск

Minsk

НеделькоМ. И.NedelkoM. I.

Минск

Minsk

КорневВ. Г.KornevV. G.

Минск

Minsk

ТарасенкоН. В.TarasenkaN. V.

Минск

Minsk

ЧенГ.ChenG.

Шанхай

Shanghai

chengr@shu.edu.cnШиЛ.ShiL.

Шанхай

Shanghai

Институт физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusШанхайский университетNanoscience and Technology Research Center, Shanghai University202416112024916849856Copyright © Невар Е.А., Шумейко А.Р., Неделько М.И., Корнев В.Г., Тарасенко Н.В., Чен Г., Ши Л., 20242024Невар Е.А., Шумейко А.Р., Неделько М.И., Корнев В.Г., Тарасенко Н.В., Чен Г., Ши Л.Nevar A.A., Shumejko A.R., Nedelko M.I., Kornev V.G., Tarasenka N.V., Chen G., Shi L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1706

Наноразмерный кристаллический кремниевый материал с размером частиц в диапазоне 2—5 нм синтезирован путем плазменной обработки промышленного микропорошка кремния, состоящего из субмикронных аморфных сферических частиц со средним размером 250 нм, под действием электрического разряда в этаноле. Свойства полученных наноматериалов изучены с помощью оптической абсорбционной и КР-спектроскопии, а также электронно-микроскопическими методами. Рассмотрена возможность дополнительной лазерно-индуцированной модификации полученных наноструктур. Синтезированный кремнийсодержащий наноматериал прошел тестирование электрохимических характеристик в качестве анодного материала для литий-ионной батареи и показал удельную емкость ~800 мАч/г со стабильной кулоновской эффективностью ~100 % в течение 55 циклов.

Nanosized crystalline silicon material with particle size in the range of 2–5 nm was synthesized by plasma treatment of commercial silicon micropowder consisting of submicron amorphous spherical particles with an average size of 250 nm under the action of electric discharge in ethanol. The properties of the obtained nanomaterials were studied using optical absorption and Raman spectroscopy, as well as electron microscopy methods. The possibility of additional laser-induced modification of the obtained nanostructures was considered. The silicon-containing nanomaterial synthesized in the work passed testing of electrochemical characteristics as an anode material for a lithium-ion battery and showed a specific capacity of ~800 mA ∙ h/g with a stable Coulomb efficiency of about 100% for 55 cycles.

электрический разряд в жидкостиэлектроразрядная модификация микропорошкаабсорбционная и КР-спектроскопия наночастиц кремниякремнийсодержащие наноматериалылитий-ионные батареиelectric discharge in liquidelectric discharge modification of micro-powderabsorption and Raman spectroscopy of silicon nanoparticlessilicon-containing nanomaterialslithium-ion batteriesРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Ф22КИТГ-007) и Министерства науки и технологий Китая (грант № 2022YFE0122400).ReferencesB. Liang, Y. Liu, Y. Xu. J. Power Sources, 267 (2014) 469—490B. Liang, Y. Liu, Y. Xu. J. Power Sources, 267 (2014) 469—490J. B. Szczech, S. Jin. Energy & Environ. Sci., 4, N 1 (2011) 56—72J. B. Szczech, S. Jin. Energy & Environ. Sci., 4, N 1 (2011) 56—72D. Ma, Z. Cao, A. Hu. Nano-Micro Lett., 6, N 4 (2014) 347—358D. Ma, Z. Cao, A. Hu. Nano-Micro Lett., 6, N 4 (2014) 347—358D. Leblanc, R. Dolbec, A. Guerfi, G. Jiayin, P. Hovington, M. Boulos, K. Zaghib. In: Silicon Nanomaterials Sourcebook: Hybrid Materials, Arrays, Networks, and Devices, 2, 1st ed., CRC Press (2017) 463—484D. Leblanc, R. Dolbec, A. Guerfi, G. Jiayin, P. Hovington, M. Boulos, K. Zaghib. In: Silicon Nanomaterials Sourcebook: Hybrid Materials, Arrays, Networks, and Devices, 2, 1st ed., CRC Press (2017) 463—484F. Kunze, S. Kuns, M. Spree, T. Hülser, C. Schulz, H. Wiggers, S. M. Schnurre. Powder Technology, 342 (2018) 880—886F. Kunze, S. Kuns, M. Spree, T. Hülser, C. Schulz, H. Wiggers, S. M. Schnurre. Powder Technology, 342 (2018) 880—886B. Barwe, F. Riedel, O. E. Cibulka, I. Pelant, J. Benedikt. J. Phys. D: Appl. Phys., 48, N 31 (2015) 314001B. Barwe, F. Riedel, O. E. Cibulka, I. Pelant, J. Benedikt. J. Phys. D: Appl. Phys., 48, N 31 (2015) 314001G. Viera, P. Roca i Cabarrocas, S. Hamma, S. N. Sharma, J. Costa, E. Bertran. MRS Online Proceedings Library, 467 (1997) 313—318G. Viera, P. Roca i Cabarrocas, S. Hamma, S. N. Sharma, J. Costa, E. Bertran. MRS Online Proceedings Library, 467 (1997) 313—318R. W. Collins, A. S. Ferlauto. Current Opinion in Solid State and Mater. Sci., 6, N 5 (2002) 425—437R. W. Collins, A. S. Ferlauto. Current Opinion in Solid State and Mater. Sci., 6, N 5 (2002) 425—437B. Shi, Y. Zou, G. Xu, C. Tu, C. Jin, F. Sun, Y. Li, H. Li, L. Zhou, Z. Yue. Solid State Ionics, 402 (2023) 116366B. Shi, Y. Zou, G. Xu, C. Tu, C. Jin, F. Sun, Y. Li, H. Li, L. Zhou, Z. Yue. Solid State Ionics, 402 (2023) 116366P. M. Ette, P. B. Bhargav, N. Ahmed, B. Chandra, A. Rayarfrancis, K. Ramesha. Electrochim. Acta, 330 (2020) 135318P. M. Ette, P. B. Bhargav, N. Ahmed, B. Chandra, A. Rayarfrancis, K. Ramesha. Electrochim. Acta, 330 (2020) 135318N.V. Tarasenko, A. V. Butsen, A. A. Nevar, N. N. Tarasenka, E. Stankevičius, P. Gečys, R. Trusovas, E. Daugnoraitė, G. Račiukaitis. Semiconductors, 52, N 16 (2018) 2140—2142N.V. Tarasenko, A. V. Butsen, A. A. Nevar, N. N. Tarasenka, E. Stankevičius, P. Gečys, R. Trusovas, E. Daugnoraitė, G. Račiukaitis. Semiconductors, 52, N 16 (2018) 2140—2142W. Zhang, A. Farooq, W. Wang. Mater. and Manufacturing Proc., 31, N 2 (2015) 113—118W. Zhang, A. Farooq, W. Wang. Mater. and Manufacturing Proc., 31, N 2 (2015) 113—118A. A. Nevar, V. V. Kiris, M. M. Mardanian, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko. High Temperature Material Processes, 20, N 3 (2016) 251—265A. A. Nevar, V. V. Kiris, M. M. Mardanian, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko. High Temperature Material Processes, 20, N 3 (2016) 251—265В. С. Бураков, Н. В. Тарасенко, М. И. Неделько, Е. А. Невар, М. Марданиан, Т. Ф. Григорьева. Физика и химия обработки материалов, 6 (2012) 74—80В. С. Бураков, Н. В. Тарасенко, М. И. Неделько, Е. А. Невар, М. Марданиан, Т. Ф. Григорьева. Физика и химия обработки материалов, 6 (2012) 74—80M. Mardanian, A. A. Nevar, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko. Eur. Phys. J. D, 67, N 10 (2013) 208—213M. Mardanian, A. A. Nevar, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko. Eur. Phys. J. D, 67, N 10 (2013) 208—213A. Nevar, N. Tarasenka, M. Nedelko, N. Tarasenko. Mater. Today: Proc., 52, Part 2 (2022) 232—238A. Nevar, N. Tarasenka, M. Nedelko, N. Tarasenko. Mater. Today: Proc., 52, Part 2 (2022) 232—238В. С. Бураков, Е. А. Невар, М. И. Неделько, Н. В. Тарасенко. Рос. хим. журн., LVII, № 3-4 (2013) 17—30В. С. Бураков, Е. А. Невар, М. И. Неделько, Н. В. Тарасенко. Рос. хим. журн., LVII, № 3-4 (2013) 17—30Y. Li, C. Chen, J.-T. Li, Y. Yang, Z.-M. Lin. Nanoscale Res. Lett., 6 (2011) 454Y. Li, C. Chen, J.-T. Li, Y. Yang, Z.-M. Lin. Nanoscale Res. Lett., 6 (2011) 454N. G. Semaltianos, S. Logothetidis, W. Perrie, S. Romani, R. J. Potter, S. P. Edwardson, P. French, M. Sharp, G. Dearden, K. G. Watkins. J. Nanopart. Res., 12, N 2 (2010) 573—580 [20] A. M. Gouda, N. K. Allam, M. A. Swillam. RSC Adv., 7 (2017) 26974—29682N. G. Semaltianos, S. Logothetidis, W. Perrie, S. Romani, R. J. Potter, S. P. Edwardson, P. French, M. Sharp, G. Dearden, K. G. Watkins. J. Nanopart. Res., 12, N 2 (2010) 573—580 [20] A. M. Gouda, N. K. Allam, M. A. Swillam. RSC Adv., 7 (2017) 26974—29682

The authors declare that there are no conflicts of interest present.