Исследование процессов нуклеации слоистых гидроксосоединений РЗЭ и разработка технологии создания ориентированных функциональных покрытий на их основе

Проект: Проект-Грант

Сведения о проекте

Описание

Слоистые гидроксосоединения РЗЭ (СГРЗЭ) - относительно новый класс анионных неорганических многослойных материалов с общей формулой Me2(OH)6-m[An-n ]m/n ·xH2O, где: Ме – редкоземельный катион (III+), An – анион(I-, II-), 1≤m≤2. СГРЗЭ являются структурным аналогом слоистых двойных гидроксидов, и представляют собой составленные параллельно друг другу двумерные «бесконечные» слои положительно заряженных гидроксокомплексов металлов, которые разделены межслойным пространством, содержащим компенсирующие заряд анионы и молекулы кристаллизационной воды. Межслойные анионы относительно слабо связаны с несущими слоями гидроксокомплексов, поэтому данный класс материалов обладает высокой анионной емкостью по отношению к широкой разновидности анионов, как органического, так и неорганического типа. Варьирование катионного и анионного составов на различных этапах синтеза СГРЗЭ позволяет регулировать структуру, плотность заряда слоев, величину межслойного расстояния вплоть до образования монослойных комплексов, тем самым достигается синтез слоистых продуктов с заданным набором физико-химических свойств. Таким образом, уникальные электрические, оптические, магнитные и каталитические свойства редкоземельных элементов в сочетании с интеркаляционной химией приводят к возможности получения широкого спектра перспективных функциональных материалов на основе СГРЗЭ. В настоящее время основной интерес исследований направлен на создание высокоэффективных термо и фотостабильных неорганических люминофоров на основе СГРЗЭ. Активно ведутся разработки новых сенсорных материалов, контрастов для магниторезонансной томографии, нанокапсул для доставки лекарственных веществ, катализаторов для получения биотоплива, криогенных магнитных охладителей и др.
Среди методов синтеза СГРЗЭ наибольшее применение нашли: гидротермальная обработка смеси водных растворов солей редкоземельных элементов (III+) с растворами щелочей или аммония и гомогенное осаждение с образованием осадителя в ходе реакции разложения. При этом формируются сильноупорядоченные пластинчатые частицы с размерами слоев вдоль плоскости до нескольких десятков тысяч и толщиной до единиц нанометров. Подобные структуры обладают сильной анизотропией свойств, что дает возможность при нанесении на поверхность формировать точно ориентированные кристаллические нанопленки, и поэтому привлекательны для создания новых люминофоров.
Основными недостатками описанных методов являются малая производительность, нестабильность ключевых параметров синтеза, в первую очередь значения рН процесса, а также отсутствие возможности регулируемого ведения ионов-активаторов на различных этапах синтеза, что обусловлено необходимостью использования специального герметичного оборудования с периодическим принципом действия. В рамках проекта предлагается использование для синтеза слоистых редкоземельных гидроксидов, а также для формирования многокомпонентных систем с регулируемым распределение ионов-активаторов в высокоупорядоченной слоистой матрице на основе СГРЗЭ метод соосаждения в условиях постоянного значения рН. Указанный метод широко применяется для получения высококристалличных, ультрадисперсных слоистых двойных гидроксидов различных составов. Посредством одновременного введения растворов смеси металлов (II+)/(III+) и осадителя в реактор смешения, а также удерживания основных макропараметров осаждения на постоянном уровне, в частности соотношения компонентов или значения рН, добиваются гомогенного распределения катионов и совместного образования их гидроксокомплексов в осадке. Несмотря на фактически подтвержденные преимущества метода соосаждения в условиях постоянного значения рН при синтезе многокомпонентных систем, на сегодняшний день исследований, посвященных свойствам СГРЗЭ синтезированных при постоянном значении рН, то есть подходам и принципам аналогично применяемым для слоистых
двойных гидроксидов, не было обнаружено.
Проект направлен на интеграцию закономерностей и подходов к синтезу двойных слоистых гидроксидов в область получения слоистых гидроксосоединений РЗЭ, что позволит получить детальную и достоверную информации о механизмах формирования слоистых гидроксосоединений РЗЭ, о влиянии параметров процесса нуклеации на основные особенности структуры слоистых гидроксосоединений РЗЭ, о структуре многокомпонентных слоистых гидроксосоединений РЗЭ, а также о изменениях этих параметров в ходе формирования тонких покрытий на основе слоистых гидроксосоединений РЗЭ и их термической обработке, что в свою очередь позволит существенно упростят существующие технологии получения слоистых гидроксосоединений РЗЭ, а также повысить возможность регулирования параметров СГРЗЭ на стадии синтеза, что в конечном счете может привести к повышению эффективности современных систем преобразования электромагнитного излучения, в частности солнечных батарей, фотолюминесцентных ламп, светодиодов (LEDs), плазменные панели (PDPs), плоских дисплеев (FDPs), дисплеев с полевой эмиссией (FEDs), и электронно-лучевых трубок (CRTs).
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания30/06/201830/06/2020

ГРНТИ

  • 61.00.00 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Площадка НИЧ УрФУ, где ведется данный грант (НИЧ Куйбышева, НИЧ Мира)

  • НИЧ Мира

Тип источника финансирования (РФФИ, РНФ, Х/Д, Гранты и т.д.)

  • РНФ

Результат исследований

  • 5 Материалы конференции
  • 1 Статья
  • 2 Цитирования (Scopus)

    Synthesis and luminescence properties of yttrium oxide ceramics with a variable europium content

    Mashkovtcev, M. A., Aleshin, D. K., Gordeev, E. V., Buinachev, S. V. & Kuznetsova, Y. A., 6 дек 2019, Physics, Technologies and Innovation, PTI 2019: Proceedings of the VI International Young Researchers� Conference. Volkovich, V. A., Zvonarev, S. V., Kashin, I. V., Smirnov, A. A. & Narkhov, E. D. (ред.). American Institute of Physics Inc., 020039. (AIP Conference Proceedings; том 2174).

    Результат исследований: Глава в книге, отчете, сборнике статейМатериалы конференции

  • Synthesis and study of gadolinium-erbium layered hydroxonitrates and hydroxosulfates

    Gordeev, E. V., Mashkovtsev, M. A. & Aleshin, D. K., 6 дек 2019, Physics, Technologies and Innovation, PTI 2019: Proceedings of the VI International Young Researchers Conference. Volkovich, V. A., Zvonarev, S. V., Kashin, I. V., Smirnov, A. A. & Narkhov, E. D. (ред.). American Institute of Physics Inc., 020021. (AIP Conference Proceedings; том 2174).

    Результат исследований: Глава в книге, отчете, сборнике статейМатериалы конференции

  • Synthesis of nanopowders and nearly transparent Y2O3 ceramics from Y2(OH)5NO3•nH2O precursors

    Aleshin, D. K., Buynachev, S. V., Mashkovtsev, M. A. & Gordeev, E. V., 6 дек 2019, Physics, Technologies and Innovation, PTI 2019: Proceedings of the VI International Young Researchers� Conference. Volkovich, V. A., Zvonarev, S. V., Kashin, I. V., Smirnov, A. A. & Narkhov, E. D. (ред.). American Institute of Physics Inc., 020002. (AIP Conference Proceedings; том 2174).

    Результат исследований: Глава в книге, отчете, сборнике статейМатериалы конференции