Дисертаційна робота присвячена питанням дослідження наноструктурованих матеріалів, створених на основі карбіду кремнію, оптимізації методів їх синтезу, хімічного модифікування та регулюванню фізико-хімічних властивостей. Значна увага приділена з’ясуванню впливу умов хімічної обробки на фізико-хімічні властивості та стан поверхні, а також розробці простих і ефективних методів їх модифікування і функціоналізації. Перспективи матеріалів з керованою морфологією на основі наноструктурованого SiC вбачаються у використанні в якості стійких носіїв каталізаторів, для розробки технологій одержання композитів і біосумісних наноматеріалів, сенсорних елементів та оптичних зондів у медико-біологічних дослідженнях.
Представлено спосіб контрольованого зменшення розмірів наночастинок (НЧ) SiC від 17 до 9 нм шляхом регулювання температури прожарювання на повітрі у межах від 400 до 900 ˚С. Встановлено склад поверхні та силу кислотно-основних центрів НЧ SiC в залежності від обраного реагенту видалення оксидного шару. Серед підходів до функціоналізації поверхні НЧ SiC реалізовано можливість ковалентного прищеплення 1-алкенів безпосередньо до поверхні з формуванням гідрофобних НЧ SiC, а також залучення карбоксильних груп поверхні (що формуються в умовах окисного розчинення SiC дією суміші HF-HNO3) для модифікування ліофільних та електрокінетичних властивостей НЧ SiC.
У роботі оптимізовано умови термохімічного синтезу мезопоруватого SiC з полімерного прекурсору SiC (полікарбосилану, PCS) методом нанокастингу із застосуванням в якості темплату наночастинок SiO2 із комерційно доступного водного золю, що дало можливість отримати поруватий SiC зі сферичними мезопорами розміром 12 та 22 нм. Проведено комплексне багатопараметричне дослідження зі встановлення факторів, що впливають на морфологію та кристалічність мезопоруватих SiC. Представлено дослідження залежності структурних параметрів мезопор, розміру кристалітів, що складають їх стінки від температури синтезу, складу нанокомпозиту PCS/SiO2 та способу його отримання. Також оцінено стійкість матеріалу до термічного окиснення в залежності від обраної температури синтезу (досліджено 1200, 1300 та 1400 ˚С). Наведено дані дослідження впливу кількості добавки комплексу Ni(II) на характер кристалічності фази SiC і на структуру кінцевого матеріалу та зроблено рекомендацію з підбору оптимальних умов термохімічного синтезу для отримання мезопоруватого SiC з морфологічними параметрами та кристалічністю, найкращими для використання в якості носія каталітично-активних наночастинок металів.
Розглянуто процес електрохімічного розчинення (анодування) компактного полікристалічного SiC в розчинах HF та встановлено елементний, фазовий склад і морфологію продуктів. Досліджено вплив умов анодування (опір пластин SiC, склад електроліту, густина струму) на вихід продуктів та їх співвідношення. Вперше проведено детальне дослідження хімічної природи та фізикохімічних властивостей розчинного продукту електрохімічного травлення (т.зв. “вуглець фторооксид”, Carbon Fluorooxide, CFO) із залученням широкого набору незалежних фізичних і хімічних методів. В роботі проведено деяку аналогію між електрохімічним розчиненням SiC в результаті анодної реакції в розчинах HF та окисним хімічним травленням SiC під дією суміші HF–HNO3 через формування органічної речовини складної будови – CFO або його аналогів. Також наводиться порівняння встановлених фізико-хімічних властивостей CFO з природними (гумінові речовини) та синтетичними макромолекулярними сполуками та графен оксидом для оцінки структурної аналогії та відмінностей.
Встановлено склад CFO за функціональними групами (-COO(H,Et), CAlk/Ar–(OH,F), та запропоновано модель будови цієї речовини. В межах елементного аналізу, встановлено хімічний стан та вміст Фтору в CFO за формами, а також досліджено кінетику його гідролітичного відщеплення в залежності від рН та лужності середовища. Охарактеризовано силу кислотних груп CFO та запропоновано методи нескладного хімічного модифікування і функціоналізації CFO через реакції карбоксильної групи з амінами (етилендіамін, діетаноламін та С18Н37-NH2) для спрямованої зміни ліофільних властивостей.
У роботі представлені детальні дослідження оптичних властивостей CFO. Показано, що для CFO характерні як одно-, так і двофотонна фотолюмінесценція. Показана можливість використання виявлених фотолюмінесцентних властивостей CFO для біовізуалізації живих клітин. Електрокаталітична активність CFO у реакції відновлення Н2О2 використана при модифікуванні ним (у складі композитної плівки) планарних вугільних електродів та отриманні більш селективних електрохімічних сенсорів на перекис водню, що мають високу чутливість і широкий лінійний діапазон визначуваних концентрацій.
