РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ХИМИИ TBEPДОГО ТЕЛА
   
| | | | |
| | | |
 ИХТТ УрО РАН / Научные подразделения / Лаборатория физико-химических методов анализа / фундаментальные исследования   Карта сайта     Language По-русски По-английски
О лаборатории
Сотрудники
Научные направления
Оборудование
Публикации
Разработки и патенты
Научные связи


фундаментальные исследования

 1.Направления фундаментальных исследований лаборатории


 - Химия и механизмы межфазных превращений в гетерогенных растворах электролитов: сорбция, кристаллизация, электрохимические, фото- каталитические и электрокинетические процессы на поверхности твёрдых фаз; фракционирование, концентрирование и реакционная способность микроэлементов в связи с химическим и фазовым составом их форм состояния в растворах.


- Развитие методов синтеза тугоплавких  соединений (карбидных, нитридных и др. фаз и композитов) переходных металлов, материалов на их основе сочетанием коллоидно-химических и керамических способов получения прекурсоров, термического и  микроволнового воздействия на них.


2.Важнейшие результаты, полученные в лаборатории ФХМА в 2012г.

1. Ультрадисперсные порошки WC-Co. Выполнено исследование процессов синтеза ультра- и нанодисперсных порошковых WC, WC-Co в потоке инертных газов (Ar, N2), по методике термообработки прекурсоров жидкофазного осаждения/со-осаждения оксида вольфрама и гидроксида кобальта на углеродном носителе в микроволновой муфельной печи, в вакуумной или трубчатой электропечи сопротивления. Установлено, что прекурсор представляет собой вольфрамовую кислоту моноклинной модификации (P2/m, а= 7.500 Å, b= 6.930 Å, c= 3.700 Å), а гидроксид кобальта и сажа рентгеноаморфны. Размер частиц прекурсора 50-250 нм, удельная площадь поверхность 30  - 65 м2/г в зависимости от количества введённого гидроксида кобальта и характеристик сажи. Показано, что карбидизация прекурсоров наиболее эффективно протекает в токе инертного газа при скорости потока 4,5 – 5,0 л/час и температуре 1000-1100 С (выдержка 15-30 минут). При снижении скорости потока аргона или азота до 1,5-3 л/час, происходит частичное восстановление оксидов вольфрама (WO3, WO2). При повышении скорости потока до 7-8 л/час не полностью протекает стадия карбидизации, что также даёт не вступивший в реакцию карбидизации металлический вольфрам. В оптимальных условиях карбидизации образуется сплав карбида вольфрама гексагональной модификации (Р-6m2, а= 2.9034(7) Å, c= 2.8329(5) Å) и металлического кобальта кубической модификации. В ходе карботермического процесса зафиксированы те же промежуточные продукты, что и в опытах по термообработке под защитным слоем углерода:


H2WO4/4C ® WO3∙H2O ® WO3∙0,33 H2O ®WO3 ® W18O49® WO2 ® W ®W2C ®WC.


Со(ОН)2/2С→ СоООН → Со3О4α-Со


В условиях оптимума получен готовый продукт, - ультрадисперсная порошковая смесь карбида вольфрама - металлического кобальта с размером частиц 300-500 нм. Благодаря использованию при синтезе проточной газовой среды, удалось снизить содержание свободного углерода с 6-10% до 2%, рис.1, 2.


 



2.  Наномагнетит – механизм сорбция хромат-ионов. Впервые показано, что при сорбции хрома(VI) магнетитом одновременно протекают два процесса: (1) простая физическая адсорбция и (2) химическое взаимодействие хрома(VI) с магнетитом (хемосорбция). Показано, что химическое взаимодействие хрома(VI) с магнетитом описывается уравнением реакции первого порядка относительно концентрации хрома(VI) в растворе, определена энергия активации этого процесса и другие кинетические параметры. Показано, что при использовании магнетита в качестве сорбента, в технологических расчётах можно оперировать прямо с величиной его удельной поверхности. Это упрощает подбор необходимого количества магнетита для достижения заданной величины очистки растворов. Определена сорбционная ёмкость магнетита по отношению к хрому(VI) при простой физической адсорбции и при хемосорбции.


 


 


 



3. Нанокомпозиты состава WC||MLG из жидкокристаллического прекурсора. В целях формирование пенообразной морфологической структуры карбидного нанокомпозита за счёт создания  и последующего сохранения на всех стадиях синтеза композита упорядоченного коллоидного состояния в растворе прекурсора (жидкокристаллическое состояние) получены нанокомпозиты, представляющие химическое сочетание карбида вольфрама и многослойного графена(MLG), WC||MLG. Реализованы свойства водно-органических растворов соединений вольфрама, обеспечивающие при термообработке формирование нанокомпозита общей формулы WC||MLG в котором свободный углерод по данным КР-спектроскопии, электронной спектроскопии химической связи, рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и адсорбции аргона представляет собой ячеистые оболочки сотоподобной  структуры из многослойного окисленного графена (число слоёв ~20 и более), заполненные наночастицами WC. По данным физико-химических методов анализа размеры частиц WC, полученного при 1100 С (4.2±1.2 нм) и неокисленной части MLG (2.9±1.1 нм) близки и совпадают оценкой размеров из данных КР-спектроскопии. Вывод о том, что частицы карбида и свободного углерода находятся в молекулярном контакте подтверждаются также данными РЭМ исходного композита и углеродного остатка после химического удаления WС, рис.4. В этом принципиальное отличие получаемых нами  WC||MLG от известных продуктов синтеза функциональных соединений на готовой поверхности  многослойного графена. Условия синтеза WC||MLG позволяют изменять содержание «свободного углерода» в пределах 0.01 -30%. Показано, что в зависимости от содержания MLG  нанокомпозит может проявлять «настраиваемую» высокую фотокаталитическую активность в реакциях УФ-света с водными растворам пары «хинон-гидрохинон». Работа выполнена при поддержек гранта Президента РФ, № НШ-5669.2012.3.


4.Моделирование электронных и фотокаталитических свойств оксидов. Первопринципным методом линеаризованных маффин-тин орбиталей в приближении сильной связи с учётом одноузельных кулоновских корреляций в рамках LSDA+U-модели выполнены расчёты электронной структуры стехиометрического и легированного углеродом и/или висмутом TiO2 (анатаза). На основе приближения случайных фаз с использованием зонных состояний, рассчитанных с помощью TB-LMTO метода в LSDA+U модели, вычислены диэлектрическая функция, показатели поглощения и преломления. Установлено, что при легировании в запрещенной щели (ЗЩ) стехиометрического анатаза возникают узкие зоны примесных состояний углерода и висмута, присутствие которых понижает энергию возможных электронных переходов под действием фотонов света. Расчёты оптического поглощения показали (рис.5, слева), что при Bi- или С-легировании следует ожидать поглощения в видимой области и усиления поглощения в области ближнего ультрафиолета (УФ), в сравнении со стехиометрическим диоксидом титана. Результаты данных расчетов подтверждаются экспериментом [T. Ji et. al., J. Sun. Materials Letters. 63, 2044 (2009); J. Xu et.al., Applied Surface Science. 257, 7381 (2011),  Sh. U. M. Khan et. al., Science, 297, 2243 (2002) ]. При совместном присутствии двух типов дефектов, атома углерода в кислородной подрешетке и атома висмута в титановой подрешетке, увеличивается число примесных полос в прифермиевской области, в сравнении с Bi- или C- легированным анатазом, понижается энергия возможных электронных переходов и, как следствие, повышается поглощение в видимой области и в области ближнего УФ. Так, в диапазоне энергий возбуждения электронов от 2 до 4 эВ поглощение повышается в ряду TiO2 ® Ti1-xBixO2 ® TiO2-yCy ®  Ti1-xBixO2-yCy, Ti1-2xBi2xO2-yCy, где х(у)=0.0625 (рис.5, слева). В этом же порядке следует ожидать повышения фотокаталитической активности, легированного анатаза. 


Методом когерентного потенциала (CPA) впервые проанализировано влияние нестехиометрии и легирования атомами углерода и азота на электронный спектр (ЭС) рутила. Установлено  (нижний рисунок слева), что форма, положение и число примесных полос в прифермиевской области ЭС соединений TiO2-y-δCy, TiO2-y-δNy, y(δ)=0,0.03,0.06 зависит от природы допанта и кислородной нестехиометрии. Результаты CPA расчетов ЭС хорошо согласуются с экспериментальными данными [A.K See et al., J. Vac,Sci.Technol.A. 10,2591(1992), Sh.U.M. Khan et al. Science, V.297, 2002, 2243; R.Asahi et al. Sciense,V.293, 2001]. Показано, что ФКА повышается  в ряду TiO2 ® TiO2-y-δNy ® TiO2-y-δСy и в направлении  TiO2-yN(C)y ® TiO2-y-δN(C)y, что соответствует экспериментальной тенденции изменения ФКА С-,N-легированного TiO2 [Sh. U. M. Khan et. al., Science, 297, 2243 (2002)]. Повышение ФКА связано с уменьшением энергии электронных переходов при появлении полос примесных 2p-состояний в области ЗЩ,  и  увеличении числа электронных возбуждений с участием s-состояний кислородных вакансий в присутствии кислородной нестехиометрии (рис.5, справа).

Дизайн и программирование N-Studio 
© 2004-2019 ИХТТ УрО РАН
беременность, мода, красота, здоровье, диеты, женский журнал, здоровье детей, здоровье ребенка, красота и здоровье, жизнь и здоровье, секреты красоты, воспитание ребенка рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок медицина, клиники и больницы, болезни, врач, лечение, доктор, наркология, спид, вич, алкоголизм православные знакомства, православный сайт творчeства, православные рассказы, плохие мысли, православные психологи рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок