Bundling up carbon nanotubes through Wigner defects

We show, using ab initio total energy density functional theory, that the so-called Wigner defects, an interstitial carbon atom right besides a vacancy, which are present in irradiated graphite can also exist in bundles of carbon nanotubes. Due to the geometrical structure of a nanotube, however, this defect has a rather low formation energy, lower than the vacancy itself, suggesting that it may be one of the most important defects that are created after electron or ion irradiation. Moreover, they form a strong link between the nanotubes in bundles, increasing their shear modulus by a sizeable amount, clearly indicating its importance for the mechanical properties of nanotube bundles.Comment: 5 pages and 4 figure

Interaction of metal phthalocyanines with carbon zigzag and armchair nanotubes with different diameters

Quantum-chemical calculations of the association of metal free, cobalt, copper and zinc phthalocyanines (MPc) with carbon zigzag and armchair nanotubes (CNTs) with diameters in the range of 7–14 Å were carried out by the DFT method with the use of BH van der Waals density functional and DZP atomic basis set. It was shown that interaction energy between the phthalocyanine molecules and the CNTs, as a whole, increases with an increase of the diameter of carbon nanotubes. However, in the case of CNT(n,0) the energy reaches its maximal value at n = 16 or 17 depending on the central metal atom and phthalocyanine orientation on the carbon nanotubes surface. Up to diameter of 10.5 Å of the CNTs, stronger binding of the considered MPc macrocyclic molecules is observed with carbon armchair nanotubes. However, in the case of higher diameters the phthalocyanines are associated more strongly with the zigzag CNTs

Solvothermal synthesis of lanthanide-functionalized graphene oxide nanocomposites

We propose a facile approach to the preparation of graphene oxide (GO) composites with lanthanide (Ln) oxide/hydroxide nanoparticles (Ln = La, Eu, Gd, Tb) under relatively mild conditions by two different procedures of solvothermal synthesis. The mechanism of GO-Ln nanocomposite formation is thought to involve the initial coordination of Ln3+ ions to the oxygen-containing groups of GO as nucleation sites, followed by f Ln2O3 and Ln(OH)3 nanoparticle growth. The nanocomposites obtained preserve the intrinsic planar honeycomb-like structures of graphene as proven by the typical G and D bands in the Raman spectra. Fourier-transform infrared and X-ray photoelectron spectroscopy confirm the interaction between oxygen-containing groups of GO and Ln ions. The size and distribution of Ln oxide/hydroxide nanoparticles on GO sheets, estimated from scanning and transmission electron microscopy images, vary broadly for the different lanthanides. The size can span from sub-nm dimensions for Eu oxide to more than 10 μm for Eu hydroxide nanoparticles. The most homogeneous distribution of Ln oxide/hydroxide nanoparticles was found in La-containing composites. Thermogravimetric analysis demonstrated that all the GO-Ln nanocomposites are thermally less stable, by up to 30 °C than pristine GO.</p

Eco-friendly synthesis of graphene oxide–palladium nanohybrids

Nanostructured hybrids of graphene oxide and palladium were fabricated by means of one-step solvent-free gas phase treatment of graphene oxide with the aliphatic amines 1-octadecylamine and 1,8-diaminooctane, followed by in situ decoration with palladium in the liquid medium using palladium chloride as the precursor and citric acid as a mild and environmentally friendly stabilizing and reducing agent. The proposed synthesis method represents an eco-friendly alternative for obtaining nanohybrids of graphene oxide and palladium nanoparticles under mild conditions. Spectroscopic studies evidenced -COOH group derivatization of graphene due to the amidation reaction; transmission electron microscopy demonstrated the formation of nanometer-sized crystalline palladium particles and evidenced that the diamine-functionalization results in a larger particle sizes than observed for monoamine- or non-functionalized substrates. The hybrids obtained have a slightly lower thermal stability than pristine graphene oxide.</p

ОЦІНКА АНТРОПОГЕННОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА БАСЕЙН МАЛОЇ РІЧКИ ВЕСЕЛУХА

Relevance of research. As a result of economic activities and irrational use of water and land resources in small river basins there are problems connected with pollution, destruction of natural landscape complexes of river valleys and adjoining territories, engineering reorganization of canals and floodplains as a result of melioration works. All these changes in river basins require operational control and response, which is possible only if real estimation of the level of anthropogenic load on river basins is carried out and the limits of permissible economic interference in their ecosystem are determined. The purpose of research – assessment of the ecological condition of the basin of the Veselukha River by the criteria of anthropogenic load. Research methods. The analysis of anthropogenic load and evaluation of the ecological condition of the Veselukha River basin was carried out in accordance with "Methodology for calculation of anthropogenic load and classification of the ecological state of small river basins of Ukraine". The calculation was made using the logic-mathematical model "Small River Basin", for four independent models of the main subsystems of the river basin: radioactive contamination of the territory, land use, use of river runoff, water quality. The quantitative and qualitative anthropogenic conditions by various indicators of four subsystems for classification of the ecological state of the river basin were estimated. Research results. According to the state of radioactive contamination, the area of the river catchment was estimated as "satisfactory". Based on the results of the analysis, the integrated value of land use was 3.7 and the state of the subsystem "Use of land" in the basin of the Veselukha river was determined as "good". The general state of river runoff use in the basin based on the joint effect of all these indicators of anthropogenic load on the state of the subsystem "Use of river runoff" was evaluated as "good" with a quantitative value of 3.0. The general condition of the subsystem "Water Quality" in the basin of the Veselukha River is characterized by the IV class of water quality, it corresponds to "polluted", with a quantitative level of -1. According to the results of the integrated assessment of all subsystems of the river basin, an induction coefficient of anthropogenic load (ICAN) was specified as is -1.0 and classifies the ecological state of the Veselukha River basin as "minor changes".Виконано оцінку антропогенного навантаження та визначено екологічний стан басейну малої річки Веселуха. Розрахунок антропогенного навантаження та оцінка екологічного стану басейну річки Веселуха здійснена відповідно до «Методики розрахунку антропогенного навантаження і класифікації екологічного стану басейнів малих річок України». Розрахунок виконано користуючись логіко-математичною моделлю «Басейн малої річки», за чотирма самостійними моделями основних підсистем басейну річки: радіоактивне забруднення території, використання земель, використання річкового стоку, якість води. Оцінено кількісно та якісно антропогенний стан за різними показниками чотирьох підсистем для класифікації екологічного стану басейну річки. Значення первинних показників підсистеми використання земельних і водних ресурсів було трансформовано у бали і відповідно надано якісну характеристику кожному з них. Вихідними матеріалами для розрахунку антропогенного навантаження слугували статистичні і картографічні дані сучасного екологічного стану та використання земельних і водних ресурсів в басейні річки Веселуха. На їх основі визначено рівень антропогенного навантаження та загальний екологічний стан басейну річки. Встановлено, що за станом радіоактивного забруднення площа водозбору річки оцінюється «задовільно», за результатами аналізу комплексний показник використання земельних ресурсів визначає стан підсистеми «Використання земель» у басейні малої річки Веселуха як «добрий», загальний стан використання річкового стоку в басейні за рівнем спільного впливу всіх зазначених показників антропогенного навантаження на стан підсистеми «Використання річкового стоку» оцінено як «добрий», стан підсистеми «Якість води» у басейні річки характеризується ІV класом якості води, за станом – «забруднена». За результатами комплексної оцінки усіх підсистем басейну річки було встановлено індукційний коефіцієнт антропогенного навантаження (ІКАН), який класифікує екологічний стан басейну малої річки Веселуха як «зміни незначні»

МЕТОДОЛОГІЯ ВОДОГОСПОДАРСЬКО-ЕКОЛОГІЧНОГО РАЙОНУВАННЯ БАСЕЙНІВ МАЛИХ РІЧОК

Water management and ecological zoning and water resourcesmanagement are performed by induction coefficients of anthropogenicloading on river basins (in the absence of radiation pollution) and bythe values of radiation contamination of water catchments andinductive coefficients of anthropogenic loading. The zoning will helpyou quickly identify which individual subsystems or reservoirs are ina disturbed natural state and determine which changes to certainindicators have led to this state. Subordination of units of watermanagement and ecological zoning is based on preservation of theunity of the water object, on the territory of which the issues ofregulation, use, management, and protection of water resources andthe creation of environmentally safe conditions at the catchment aresolved. The basis of zoning is the classification of anthropogenicloading on river basins by the degree of environmental risk, which hassix gradations. Implementation of water management and ecologicalzoning makes it possible to spatially assess and rank the river basinsaccording to the degree of environmental risk in relation to the levelof anthropogenic load in order to determine the priority of investmentinvestments in environmental measuresВодохозяйственно-экологическое районирование и управлениеводными ресурсами выполняется по индукционным коэффициентам антропогенной нагрузки на бассейны рек (при отсутствии радиационного загрязнения) и по величинам радиационного загрязнения водосборов и индукционными коэффициентами антропогенной нагрузки. Районирование поможет быстро определить, какиеотдельные подсистемы или водоемы находятся в нарушенном естественном состоянии, а также определить, какие измененияопределенных показателей привели к этому состоянию. Субподчинение единиц водохозяйственно-экологического районированиябазируется на сохранении единства водного объекта, на территории которого решаются вопросы регулирования, использования,управления и охраны водных ресурсов и создание экологическибезопасных условий на водосборе. Основу районирования составляет классификация антропогенной нагрузки на бассейны рек постепени экологического риска, которая имеет шесть градаций.Выполнение водохозяйственно-экологического районирования позволяет пространственно оценить и ранжировать бассейны рек постепени экологического риска относительно уровня антропогеннойнагрузки с целью определения очередности инвестиционных вложений на природоохранные мероприятияВодогосподарсько-екологічне районування та управлінні воднимиресурсами виконується за індукційними коефіцієнтами антропогенного навантаження на басейни річок (при відсутності радіаційного забруднення) і за величинами радіаційного забруднення водозборів та індукційними коефіцієнтами антропогенного навантаження. Районування допоможе швидко визначити, які окремі підсистеми або водойми знаходяться в порушеному природному стані, а також визначити, які зміни певних показників призвели до цього стану. Субпідрядність одиниць водогосподарсько-екологічного районування базується на збереженні єдності водного об’єкту, на території якого розв’язуються питання щодо регулювання, використання, управління і охорони водних ресурсів та створення екологічно безпечних умов на водозборі. Основу районування становить класифікація антропогенного навантаження на басейни річок заступенем екологічного ризику, яка має шість градацій. Виконанняводогосподарсько-екологічного районування дає змогу просторовооцінити і ранжувати басейни річок за ступенем екологічного ризику відносно рівня антропогенного навантаження з метою визначення черговості інвестиційних вкладень на природоохоронні заходи

Zinc Phthalocyanine−Graphene Hybrid Material for Energy Conversion: Synthesis, Characterization, Photophysics and Photoelectrochemical Cell Preparation

Graphene exfoliation upon tip sonication in o-­‐DCB was accomplished. Then, covalent grafting of (2-­‐ aminoethoxy)(tri-­‐tert-­‐butyl) zinc phthalocyanine (ZnPc), to exfoliated graphene sheets was achieved. The newly formed ZnPc-­‐graphene hybrid material was found soluble in common organic solvents without any precipitation for several weeks. Application of diverse spectroscopic techniques verified the successful formation of ZnPc-­‐graphene hybrid materi-­‐ al, while thermogravimetric analysis revealed the amount of ZnPc loading onto graphene. Microscopy analysis based on AFM and TEM was applied to probe the morphological characteristics and to investigate the exfoliation of graphene sheets. Efficient fluorescence quenching of ZnPc in the ZnPc-­‐graphene hybrid material suggested that photoinduced events occur from the photoexcited ZnPc to exfoliated graphene. The dynamics of the photoinduced electron transfer was evaluated by femtosecond transient absorption spectroscopy, thus, revealing the formation of transient species such as ZnPc+ yielding the charge-­‐separated state ZnPc•+–graphene•–. Finally, the ZnPc-­‐graphene hybrid material was integrated into a photoactive electrode of an optical transparent electrode (OTE) cast with nanostructured SnO2 films (OTE/SnO2), which exhibited sta le and reproducible photocurrent responses and the incident photon-­‐to-­‐current conversion efficien-­‐ cy was determine

НАУКОВІ ОСНОВИ ВСТАНОВЛЕННЯ ЕКОЛОГІЧНО ДОПУСТИМИХ РІВНІВ ВІДБОРУ ВОДИ З МАЛИХ РІЧОК

The design models for determining the admissible levels of waterabstraction from rivers allow the determination of the minimum water flow rates that must be left in the river in each phase of thehydrological regime in order to maintain the safe and stable status of the aquatic ecosystem. The formulated basic requirements for the choice of research objects, the definition of computational sites and the formation of blocks of output data provide a unified approach to the organization of the program of research and preparation of the baseline information. According to the methodology, the amount of environmental runoff that must be left in the river to maintain the river ecosystem's sustainable functioning is 40% of the runoff rate.The methodology provides for the consideration of significant number of significant hydrological and hydrobiological factors in thecalculations, analysis of numerous variants of natural andanthropogenic impacts on river ecosystems and obtaining areasonable estimation of the ecologically acceptable minimum water costs, which must be reserved in the river for different phases of water conservation. The introduction of research results into the practice of nature conservation and water management will allow to scientifically substantiate the level of water use in which the ability of natural complexes to self-regulation, self-purification and selfhealing will not be undermined.Разработанные расчетные модели определения допустимых уровней отбора воды из рек позволяют определить минимальные расходы воды, которые необходимо оставить в реке в каждую фазу гидрологического режима с целью сохранения безопасного и устойчивого состояния водной экосистемы. Сформулированы основные требования к выбору объектов исследования, определение расчетных участков и формирование блоков исходных данных обеспечивают единый подход к организации программы исследований и подготовки базы исходной информации. Согласно методике объем экологического стока, который необходимо оставить в реке для сохранения устойчивого функционирования речной экосистемы, составляет 40% нормы стока. Методология обеспечиваетучет в расчетах значительного числа весомых гидрологических и гидробиологических факторов, анализ многочисленных вариантов природных и антропогенных воздействий на речные экосистемы и получения обоснованной оценки экологически допустимых минимальных расходов воды, которые необходимо резервировать в реке в разные фазы водного режима для сохранения устойчивого функционирования речной экосистемы. Внедрение результатов исследований в практику природоохранной и водохозяйственной деятельности позволит научно обосновать уровень водопользования при котором, не будет подрываться способность природных комплексов к саморегуляции, самоочищению и самовосстановлению.Розроблені розрахункові моделі визначення допустимих рівнів відбору води з річок дають змогу визначити мінімальні витрати води, які необхідно залишити в річці в кожну фазу  гідрологічного режиму з метою збереження безпечного і стійкого стану водної екосистеми. Сформульовані основні вимоги до вибору об'єктів дослідження, визначення розрахункових ділянок і формування блоків вихідних даних забезпечують єдиний підхід до організації програми досліджень і підготовки бази вихідної інформації. Відповідно до методики об'єм екологічного стоку, який необхідно залишити в річці для збереження сталого функціонування річкової екосистеми, становить 40% норми стоку. Методологія забезпечує врахування у розрахунках значного числа вагомих гідрологічних та гідробіологічних чинників, аналіз численних варіантів природних і антропогенних впливів на річкові екосистеми та отримання обґрунтованої оцінки екологічно допустимих мінімальних витрат води, які необхідно резервувати в річці в різні фази водного режиму для збереження сталого функціонування річкової екосистеми. Впровадження результатів досліджень у практику  природоохоронної і водогосподарської діяльності дозволить науково обґрунтувати рівень водокористування при якому, не підриватиметься здатність природних комплексів до саморегуляції, самоочищення і самовідновлен