Прекурсоры оксидных систем Al2O3–ZrO2–LnxOy, полученные с использованием электрогенерированных реагентов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Разработаны научные основы синтеза прекурсоров наноструктурированных оксидных систем Al2O3–ZrO2–LnxOy (Ln = Dy, Nd). Изучены особенности их формирования в условиях быстрого смешения электрогенерированных реагентов, реализуемого в бездиафрагменном коаксиальном реакторе-электролизере. Методами потенциодинамических поляризационных кривых, рентгеновской дифрактометрии, рентгенофлуоресцентного, синхронного термического анализов и лазерной дифракции исследованы анодные процессы, протекающие в электролизере, морфология сформированных в растворе и трансформируемых в процессе термообработки частиц, фазовый, гранулометрический и элементные составы прекурсоров и оксидных систем. Предлагаемый подход позволяет получать модифицированные редкоземельными элементами оксидные системы на основе бинарной системы Al2O3–ZrO2, характеризующиеся наличием в них стабилизированной фазы тетрагонального диоксида циркония. Присутствующие в исследуемых системах атомы РЗЭ – Nd и Dy – стабилизируют t-ZrO2 и, по всей видимости, занимают позиции узлов кристаллической решетки, изоморфно замещая Zr4+. На последнее указывает уширение соответствующих рефлексов рентгеновских дифрактограмм. Оно косвенно указывает и на наличие микронапряжений в микрокристаллах фаз. Последние могут быть вызваны искажениями кристаллических решеток оксидов алюминия и циркония в результате замещения атомов металлов атомами РЗЭ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. В. Петрова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Author for correspondence.
Email: katrin-vv@mail.ru
Russian Federation, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68

А. Ф. Дресвянников

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: katrin-vv@mail.ru
Russian Federation, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68

Л. И. Кашфразыева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: katrin-vv@mail.ru
Russian Federation, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68

References

  1. Bálsamo N., Mendieta S., Heredia A., Crivello M. Nanoclays as dispersing precursors of La and Ce oxide catalysts to produce high-valued derivatives of biodiesel by-product // Molecular Catalysis. 2020. V. 481. № 110290.
  2. Bünzli J.-C.G., Eliseeva S.V. Intriguing aspects of lanthanide luminescence // Chemical Science. 2013. V. 4. № 5. P. 1939–1949.
  3. Seliverstov E.S., Golovin S.N., Lebedeva O.E. Layered double hydroxides containing rare earth cations: Synthesis and applications // Frontiers in Chemical Engineering. 2022. V. 4. № 867615.
  4. Япрынцев А.Д., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Слоистые гидроксиды редкоземельных элементов: новый класс слоистых анионообменных неорганических материалов // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 6. С. 629–666.
  5. Patil A.S., Patil A.V., Dighavkar Ch.G., Adole V.A., Tupe U.J. Synthesis techniques and applications of rare earth metal oxides semiconductors: A review // Chemical Physics Letters. 2022. V. 796. № 139555.
  6. Шуклина А.И., Альмяшева О.В. Формирование в гидротермальных условиях и строение нанокомпозитов в системе ZrO2–Y2O3–Al2O3 // Журнал неорганической химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 843–851.
  7. Malka I.E., Danelska A., Kimmel G. The Influence of Al2O3 Content on ZrO2–Al2O3Nanocomposite Formation – The Comparison between Sol-Gel and Microwave Hydrothermal Methods //Mater. Today: Proc. 2016. V. 3. № 8. P. 2713–2724.
  8. Федоренко Н.Ю., Кудряшова Ю.С., Мякин С.В., Шилова О.А., Калинина М.В., Здравков А.В., Абиев Р.Ш. Cравнительные характеристики ксерогелей на основе диоксида циркония, полученных методом совместного осаждения гидроксидов в объеме и микрореакторе со встречными закрученными потоками // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 2. С. 189–194.
  9. Zhang Y., Chen J., Hu L., Liu W. Pressureless-sintering behavior of nanocrystalline ZrO2–Y2O3–Al2O3 system // Materials Letters. 2006. V. 60. № 17–18. P. 2302–2305.
  10. Yıldız B.K., Yılmaz H., Tür Y.K. Influence of nickel addition on the microstructure and mechanical properties of Al2O3– 5vol%ZrO2 ceramic composites prepared via precipitation method // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2019. V. 26. P. 908–914.
  11. Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Хайруллина А.И. Синтез сложных оксидных систем Al2O3–ZrO2–MXOY (М = Mg, La) с использованием электрогенерированных реагентов и их физико-химические свойства // Изв. АН. Сер. хим. 2020. № 5. С. 926–933.
  12. Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Хайруллина А.И., Межевич Ж.В. Физико-химические свойства оксида алюминия, синтезированного с использованием электрогенерированных реагентов // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. № 7. С. 1103–1110.
  13. Dresvyannikov A.F., Petrova E.V., Kashfrazyeva L.I. Electrochemical synthesis of precursors of Al2O3-ZrO2 ceramic stabilized with cerium oxide and magnesium aluminate // Inorganics. 2022. V. 10(5). № 57.
  14. Дресвянников Ф.Н., Ситников С.Ю., Дресвянников А.Ф. Моделирование процесса конвективного массопереноса в коаксиальном электролизере // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2003. № 11–12. С. 54–63.
  15. Попов Ю.А. Основные аспекты современной теории пассивного состояния металлов // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 5. С. 435–451.
  16. Самарцев В.М., Караваева А.П., Зарцын И.Д., Маршаков И.К. Отрицательный дифференц-эффект на алюминии в галидсодержащих средах // Защита металлов. 1992. Т. 28. № 5. С. 774–779.
  17. Бугаенко Л.Т., Рябых С.М., Бугаенко А.Л. Почти полная система средних ионных кристаллографических радиусов и ее использование для определения потенциалов ионизации // Вестник Московского ун-та. Сер. 2. Химия. 2008. Т. 49. № 6. С. 363–384.
  18. Колотыркин Я.М., Попов Ю.А., Алексеев Ю.В. О механизме влияния анионов раствора на кинетику растворения металлов // Электрохимия. 1973. Т. 20. № 9. С. 624–629.
  19. Попов Ю.А. Теория взаимодействия металлов и сплавов с коррозионно-активной средой. М.: Наука, 1995. 199 с.
  20. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2006. 309 с.
  21. Xu Y., Wang D., Lui H. et al. Optimization of the separation and purification of Al13 // Colloid. Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 2003. V. 231. № 1. Р. 1–9.
  22. Popov V.V., Petrunin V.F., Korovin S.A. et al. Formation of nanocrystalline structures in the Ln2O3-MO2 systems (Ln = Gd, Dy; M = Zr, Hf) // Russ. J. Inorg.Chem. 2011. V. 56. № 10. Р. 1538–1544.
  23. Пожидаева О.В., Корыткова Э.Н., Романов Д.П., Гусаров В.В. Формирование нанокристаллов диоксида циркония в гидротермальных средах различного химического состава // Журн. общей химии. 2002. Т. 72. № 6. С. 910–914.
  24. Almjasheva O.V. Heat-stimulated transformation of zirconium dioxide nanocrystals produced under hydrothermal conditions // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2015. V. 6. № 5. P. 697–703.
  25. Malka I.E., Danelska A., Kimmel G. The Influence of Al2O3 content on ZrO2-Al2O3 nanocomposite formation the comparison between sol-gel and microwave hydrothermal Methods // Materials Today: Proceedings. 2016. V. 3. P. 2713–2724.
  26. Третьяков Ю.Д. Развитие неорганической химии как фундаментальной основы создания новых поколений функциональных материалов // Успехи химии. 2004. Т. 73. С. 899–916.
  27. Олейников Н.Н., Пентин И.В., Муравьева Г.П., Кецко В.А. Исследование метастабильных высокодисперсных фаз, формируемых на основе ZrO2 // Журнал неорганической химии. 2001. Т. 46. № 9. С. 1413–1420.
  28. Калинина М.В., Федоренко Н.Ю., Арсентьев М.Ю., Тихонов П.А., Шилова О.А. Получение керамики ZrO2–3 мол. % Y2O3 с различной степенью тетрагональности и исследование низкотемпературной деградации // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. № 4. С. 456–467.
  29. Xie Sh., Iglesia E., Bell A.T. Water-Assisted Tetragonal-to-Monoclinic Phase Transformation of ZrO2 at Low Temperatures // Chemistry of Materials. 2000. V. 12. № 8. P. 2442–2447.
  30. Sen S., Youngman R.E. High-Resolution Multinuclear NMR Structural Study of Binary Aluminosilicate and Other Related Glasses // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 23. P. 7557–7564.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Anodic polarisation curves of aluminium A5 in solutions containing REE5 (a) and 10 wt% (b) to produce precursors of oxide systems (potential sweep rate 1 mV/s).

Download (237KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Time dependence of ζ-potential of the solution with precursor particles of alumina-zirconium oxide systems with REE: 1 - Al2O3-ZrO2-Nd2O3, 2 - Al2O3-ZrO2-La2O3, 3 - Al2O3-ZrO2-Dy2O3, at REE content in solution, 5 (a) and 10 wt% (b).

Download (255KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Microphotographs and results of local microanalyses of dispersed alumina-zirconium oxide systems with REEs: Al2O3-ZrO2-Dy2O3 (a, b); Al2O3-ZrO2-Nd2O3, 150 000X (c, d).

Download (720KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray diffractograms of samples of precursors of oxide systems after thermal treatment at 1100 °C: 1 - Al2O3-ZrO2-Nd2O3, 2 - Al2O3-ZrO2-Dy2O3.

Download (204KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences