Vol 68, No 1 (2023)
АНОНС КОНФЕРЕНЦИИ
Седьмая международная конференция стран СНГ “Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем” “Золь-гель 2023”
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Влияние метода синтеза слоистых двойных гидроксидов Ni–Al на их диэлектрические свойства
Abstract
Слоистые двойные гидроксиды Ni–Al представляют интерес в качестве функциональных материалов. Рассмотрено влияние методов синтеза на диэлектрические свойства слоистых двойных гидроксидов Ni–Al, полученных растворными (соосаждение, гидротермальный) и плазмохимическими методами. Синтезированные слоистые структуры исследованы современными методами анализа. Высокие значения ζ-потенциала полученных частиц в суспензиях свидетельствуют о хорошей агрегативной устойчивости. Методами рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии установлен фазовый состав и природа межслойного аниона. Показано, что действие плазмы в объеме дистиллированной воды между Al- и Ni-электродами приводит к формированию слоистого двойного гидроксида Ni–Al с гидроксил-ионом в качестве межслойного аниона. Термические свойства полученных структур изучены методом термического анализа. Представлены результаты диэлектрических измерений.
Ионоселективный мембранный электрод для определения октагидротриборат-аниона
Abstract
Разработан ионоселективный электрод (ИСЭ) на основе пластифицированной поливинилхлоридной мембраны, химически допированной октагидротриборатом тетрадециламмония ([(С10H21)4N+]\([{{{\text{B}}}_{{\text{3}}}}{\text{H}}_{8}^{ - }]\)). Показано, что электрод обладает обратимым потенциометрическим откликом по отношению к октагидротриборат-анионам в присутствии ряда других неорганических анионов. Исследовано влияние концентрации электродно-активного вещества и природы пластификатора в фазе мембраны на электрохимические характеристики изготовленного сенсора. Найден оптимальный состав ионочувствительной мембраны. Установлено, что разработанный сенсор обеспечивает широкий диапазон определяемых концентраций \({{{\text{B}}}_{{\text{3}}}}{\text{H}}_{8}^{ - }\) (1 × 10–7–1 × 10–2) и низкий предел их обнаружения (10–7.3 М). Новый ИСЭ может быть рекомендован для прямого потенциометрического детектирования свободных октагидротриборат-анионов в технологических водных растворах.
Получение NASICON состава Na3Zr2Si2PO12 пиролизом органических растворов: особенности фазообразования
Abstract
Разработан новый перспективный способ синтеза NASICON (Na3Zr2Si2PO12) пиролизом органических растворов. В качестве прекурсоров использованы олеат натрия, олеат цирконила, трибутилфосфат, тетраэтоксисилан. Установлены мольные отношения компонентов смеси для образования NASICON. Доказано влияние натрия на образование фазы диоксида циркония. Получен мелкодисперсный материал со средним размером зерна 0.2 мкм. Исследованы изменения морфологии и состава в зависимости от времени и температуры обжига образца. Результаты подтверждены методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии. Для уточнения параметров кристаллической решетки выполнен полнопрофильный анализ методом Ритвельда. Процесс получения NASICON занимает ~9 ч, т.е. он наименее длительный из всех альтернативных способов его синтеза. Преимущества данного метода заключаются в возможности снижения температуры спекания, отсутствии необходимости контролировать множество параметров во время синтеза, минимизации длительности и многостадийности процесса. Метод способствует разработке и получению более перспективных ион-замещенных структур.
Формирование тонкопленочных композиционных структур CdxPb1 – xS/CdyS при химическом осаждении
Abstract
Химическим осаждением получены тонкие пленки твердых растворов замещения CdxPb1 – xS (0 ≤ x ≤ 0.094) кубической структуры B1 (пр. гр. Fm\(\overline 3 m\)) и исследованы с помощью рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии, элементного EDX-анализа и КР-спектроскопии. Показано, что при достижении некоторой критической концентрации сульфата кадмия в реакционной смеси (0.1 моль/л) пленки формируются с участием двух самостоятельных фаз: твердого раствора замещения CdxPb1 – xS и гексагонального сульфида кадмия CdyS со структурой В4 (пр. гр. P63mc). Предложенный метод и условия синтеза эффективны для получения гетероструктур в системе CdS–PbS при осаждении в одну стадию.
Получение, рентгеноструктурные и диэлектрические исследования монокристаллов фазы Pb5WO8 системы PbO–WO3
Abstract
Путем кристаллизации расплавов смесей (1 – x)PbO · xWO3 (x = 0.15–0.20) выращены монокристаллы фазы Pb5WO8 системы PbO–WO3, которые использовали для проведения термогравиметрических, рентгеноструктурных и диэлектрических исследований. Выявлено, что фаза плавится с разложением на PbO и жидкость при 712°С. Установлено, что кристаллическая структура Pb5WO8 является моноклинной (пр. гр. P21/n, 293 K) с параметрами элементарной ячейки a = 7.4430(1), b = 12.1156(2), c = 10.6284(2) Å, β = 90.658(1)°. При 100 K структура Pb5WO8 сохраняется, незначительные изменения параметров ячейки связаны только с тепловым расширением. Структура Pb5WO8 имеет ярко выраженный слоистый характер, она представляется как чередование вдоль направления [010] слоев, образованных октаэдрами WO6 и сильно искаженными многогранниками PbO4, PbO5. Проведен детальный кристаллохимический анализ структуры. Отмечена важная роль неподеленной пары электронов катионов Pb при формировании в структуре характерных полостей. На температурных зависимостях диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь проявляются максимумы релаксационного характера, связанные с наличием в структуре вакансий свинца и кислорода.
Новый метод синтеза слоистого гидроксида европия с использованием оксида пропилена в качестве осадителя
Abstract
Разработан новый метод синтеза слоистого гидроксохлорида европия с выходом до 90%, основанный на гидролизе хлорида европия в присутствии оксида пропилена. Проанализировано влияние температуры проведения реакции на выход и состав продуктов гидролиза хлорида европия в присутствии оксида пропилена. Показано, что полученный слоистый гидроксохлорид европия обладает выраженными анионообменными свойствами. Впервые продемонстрирована возможность интеркаляции изоникотинат-аниона в слоистые гидроксиды РЗЭ. Интеркаляция бензоат- и изоникотинат-анионов в слоистые гидроксиды европия приводит к сенсибилизации люминесценции и снижению локальной симметрии Eu3+.
КООРДИНАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Синтез и термическая устойчивость ацетилацетоната марганца(III)
Abstract
Рассмотрена зависимость устойчивости модификаций Mn(C5H7O2)3 от свойств растворителя, выбранного для перекристаллизации. Малополярные растворители с небольшой величиной диэлектрической проницаемости способствуют усилению межмолекулярных взаимодействий, что приводит к образованию модификации β-Mn(C5H7O2)3 при синтезе Mn(C5H7O2)3 из растворов в хлороформе. Использование смесей хлороформа с петролейным эфиром позволяет регулировать пересыщение, скорость образования и роста зародышей фаз за счет испарения хлороформа в изотермических условиях. Использование полярных растворителей для перекристаллизации способствует образованию γ-Mn(C5H7O2)3. Методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии, термогравиметрического и масс-спектрального анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии определен состав продуктов термического разложения β-Mn(C5H7O2)3 в сухой инертной атмосфере. В интервале температур 140–240°С β-Mn(C5H7O2)3 плавится с образованием Mn(C5H7O2)2. При температурах 500–550°С Mn(C5H7O2)2 разлагается до смеси MnO, Mn3O4, Mn2O3 и углерода.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Гексагональный борофен, стабилизированный натрием: структура, устойчивость, электронные и механические свойства
Abstract
При помощи расчетов DFT исследована кристаллическая форма гексагонального борофена, допированного натрием (B2Na2). Расчеты предсказывают динамическую устойчивость B2Na2, структура которого представляет собой плоский сотовый борный лист, заключенный между двумя слоями натрия. Согласно оценкам электронных и механических свойств, B2Na2 является сравнительно мягким материалом с металлическими характеристиками. Оценка термостабильности методом молекулярной динамики указывает на достаточную стабильность прогнозируемого материала, что позволяет наблюдать его экспериментально при температурах ниже 200 K.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Проблемы отображения распадов жидкого и твердого растворов в системах Ag–Cu–Ni и Ag–Cu–Pb
Abstract
С помощью трехмерных (3D) компьютерных моделей изобарных фазовых диаграмм Ag–Cu–Ni и Ag–Cu–Pb, построенных по 23 и 31 базовым точкам соответственно, сформированных сборкой из 14 и 32 поверхностей, 9 и 15 фазовых областей и преобразовавших информацию об этих диаграммах в цифровой формат о системах, проведена проверка корректности интерпретации опубликованных изо- и политермических разрезов, как расчетных, так и экспериментальных. На 3D моделях уточнены геометрические особенности тех фрагментов фазовых диаграмм, которые относятся к расслаиванию жидкости и распаду твердого раствора. На политермических разрезах показаны ошибки, вызванные как неверным отображением распада твердого раствора меди с никелем, так и противоречиями в значениях температуры тройной эвтектики Ag–Cu–Pb.
ФИЗИКОХИМИЯ РАСТВОРОВ
Комплексообразование железа(III) c барбитуровой и 2-тиобарбитуровой кислотами в водном растворе
Abstract
Методами спектрофотометрии и pH-метрии в диапазоне pH 1.3–3.3 (I = 0.1 (NaCl), t = 20°C) изучено комплексообразование в системах, содержащих хлорид железа(III) и барбитуровую (H2BA) или 2-тиобарбитуровую (H2TBA) кислоту. Установлено наличие комплексных частиц состава 1 : 1 как с моно-, так и с депротонированной формой лиганда, определены их константы устойчивости (в лог. ед.): 1[FeHBA]2+ (3.49 ± 0.15), [FeHTBA]2+ (2.69 ± 0.07), [FeBA]+ (12.22 ± 0.13) и [FeTBA]+ (11.05 ± 0.08). Показано, что более высокая термодинамическая устойчивость барбитуратных комплексов по сравнению с 2-тиобарбитуратными обусловлена бóльшей основностью барбитурат-аниона. На основании полученных величин констант устойчивости предложено использовать ортофосфат-, фторид- и этилендиаминтетраацетат-ионы для устранения мешающего влияния железа(III) при определении малонового диальдегида тиобарбитуратным методом. В практическом применении наиболее удобна ортофосфорная кислота, позволяющая как замаскировать железо(III), так и создать сильнокислую среду, необходимую для образования окрашенного аддукта “малоновый диальдегид–H2TBA”.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
Окислительное дегидрирование этана с использованием ванадий-фосфорсодержащих систем на оксидных носителях
Abstract
Представлены сравнительные результаты исследования процесса окислительного дегидрирования этана (ОДЭ) на каталитических ванадий-фосфороксидных системах, нанесенных методом молекулярного наслаивания на поверхность оксидных носителей (Al2O3, SiO2). Установлено, что наиболее высокие активность в ОДЭ и селективность по этилену проявляют ванадий-фосфорсодержащие катализаторы. Показано влияние кислотности каталитических систем на активность и селективность процесса. Cелективность процесса ОДЭ по этилену достигает 90%. Повышение концентрации кислорода в исходной смеси от 3.5 до 20% приводит преимущественно к понижению селективности процесса ОДЭ по отношению к выходу этилена.
Магнитные фотокатализаторы на основе нанодисперсного легированного марганцем диоксида титана
Abstract
Для получения функциональных материалов на основе диоксида титана одностадийным методом в гидротермальных условиях синтезированы марганецсодержащие образцы анатаза с наноразмерной морфологией (в форме округлых наночастиц). Показано, что марганец входит в структуру диоксида титана, образуя твердые растворы замещения. При высоких уровнях легирования часть вводимого марганца идет на образование α-MnO2. Отмечен значительный рост оптической активности в видимом диапазоне спектра и уменьшение ширины запрещенной зоны вплоть до ~2.4 эВ для легированного марганцем анатаза за счет возникновения примесных (мультивалентных ионов Mn) и собственных компенсирующих (кислородных вакансий) дефектов. Обнаружено, что легированные марганцем образцы относятся к разбавленным магнитным полупроводникам, при этом магнитные характеристики растут с увеличением содержания марганца. Все марганецсодержащие образцы демонстрируют фотокаталитическую активность в реакции деградации индигокармина при облучении видимым светом. Степень деградации красителя зависит от содержания в образцах марганца и достигает >90%.
Получение функционально-градиентных материалов на основе карбида кремния и высоколегированной стали по технологии искрового плазменного спекания
Abstract
Важной научной задачей практического материаловедения является получение металлокерамических композитов в виде функционально-градиентных материалов (ФГМ) для изделий специального назначения. В этой связи в работе проведено исследование по применению технологии искрового плазменного спекания (ИПС) для эффективного диффузионного соединения SiC-керамики и высоколегированной стали (марка Х18Р15) с получением соединенного ФГМ-композита. В комплексном экспериментальном исследовании изучена динамика консолидации и изменение фазового состава дисперсного SiC в условиях различных температур и скорости разогрева, давления прессования, времени выдержки. В результате оптимизированы условия ИПС для получения SiC-керамики высокой относительной плотности (>82%) и микротвердости (>500 HV) стабильного фазового состава. Исследованы физико-химические основы формирования прочного соединения двухкомпонетной системы SiC-керамики и стали в условиях ИПС без добавок и с использованием смеси добавок в виде связующего, реакционного связующего и демпфера (системы добавок Ti–Ag, Ti–TiH2, Ti–Ag–TiH2 и Ti–Ag/Mo). Методами РФА, РЭМ и ЭДС изучена структура, состав керамики и промежуточных (связующих и демпферных) слоев, а также диффузия элементов на границе сформированных соединений в ФГМ-композитах. Установлено, что добавка Ti–Ag/Mo в соотношении 30 мас. % Ti–70 мас. % Ag и плотная прослойка Mo (толщина ~2 мм), выполняющего роль демпфера для компенсации температурного коэффициента линейного расширения, обеспечивают формирование соединенного ФГМ-композита целостной формы. Представленные исследования реализованы впервые, являются перспективными и требуют дальнейшего развития с целью наработки научных знаний изготовления композитных изделий специального назначения.
Влияние Fe3O4 на физико-химические и фотокаталитические свойства наноразмерного титаната бария
Abstract
Предложена методика синтеза нанокомпозита на основе титаната бария, модифицированного добавками нанодисперсного магнетита, золь-гель методом в среде уксусной кислоты с последующим отжигом при температуре 800°С. Физико-химический анализ продуктов синтеза показал, что фазой матрицы после отжига является титанат бария с примесью карбоната бария, а помимо магнетита содержатся незначительные включения гематита и вюстита. С помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии определен элементный состав наноразмерных образцов. Показано влияние концентрации вводимого Fe3O4 на морфологический и фазовый состав композитов. Методом низкотемпературной адсорбции–десорбции азота определена удельная площадь поверхности и тип пористости прокаленных образцов. Изучено влияние порошков BaTiO3, BaTiO3/Fe3O4-1% и BaTiO3/Fe3O4‑10% на адсорбционную способность и фотокаталитическую активность в процессе деколорирования красителя родамина Б из водного раствора в темноте, а также под действием ультрафиолета. Кинетика адсорбции в темновой области и фотокаталитического разложения под действием ультрафиолета красителя родамина Б в водной суспензии полученных композитов проанализирована с помощью кинетических моделей псевдопервого и псевдовторого порядка.
Композиция оксида индия с графеном, полученная золь-гель методом, и одноэлектродные газовые сенсоры на ее основе
Abstract
Золь-гель методом получены композиты оксида индия с графеном (содержание графена 0–6.0 мас. %). Исследованы фазовый состав, микроструктура и газочувствительные свойства полученных материалов. Композиты состоят из обособленных фаз In2O3 и графена, при этом графен преимущественно адсорбируется на поверхности зерен оксида (размер кристаллитов оксида индия 8–11 нм). Нанокомпозиты характеризуются повышенной газовой чувствительностью к газам как восстановительной (CH4, ацетон), так и окислительной (NO2) природы. Повышение сенсорного отклика к газам окислительной природы проявляется в заметно большей степени. Можно предположить, что основными факторами, влияющими на сенсорные свойства композиции, являются высокая дефектность фаз In2O3 и графена, возрастание удельной поверхности композитов по сравнению с индивидуальным In2O3, вероятное формирование p–n‑переходов в зоне контакта оксида индия и графена. Введение добавки графена в состав оксида индия способно улучшить основные эксплуатационные свойства одноэлектродных полупроводниковых сенсоров (сенсорный отклик, время срабатывания и восстановления).