СИНТЕЗ ПЕРОВСКІТОПОДІБНИХ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ РЗЕ І ПЕРЕХІДНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Тематичний напрям роботи конференції – Актуальні питання наукового та практичного матеріалознавства
Д.О. Стороженко, канд. хім. наук, доцент;
О.Г. Дрючко, канд. хім. наук, доцент;
Н.В. Бунякіна, канд. хім. наук, доцент;
І.О. Іваницька, канд. хім. наук, доцент;
К.О. Китайгора;
Д.В. Голубятніков
Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка
e-mail: dog.chemistry@mail.ru


СИНТЕЗ ПЕРОВСКІТОПОДІБНИХ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ РЗЕ І ПЕРЕХІДНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Багатокомпонентні оксидні матеріали зі змішаною електронною і кисневою провідністю, швидким іонним транспортом на сьогодні відіграють важливу роль у системах взаємного перетворення різних форм енергії, киснево-провідних матеріалах при конверсії природного газу, паливних елементах, багатьох каталітичних і магнітних системах, кисневих мембранах, як матеріали для високотемпературних електродів, нагрівальних елементів, у газових сенсорах тощо [1, 2]. Серед цих багатофункціональних матеріалів найбільше застосування знаходять складні оксиди зі структурою перовскіта АВO3, подвійного перовскіта AМеIIB2O6-δ, їх різновидів, що містять у вузлах A лантаноїди, а у вузлах B - атоми d-металу. Системні дослідження будови, фундаментальних властивостей, дефектної структури і кисневої нестехіометрії перовскітоподібних фаз з частковими ізоморфними заміщеннями в підрешітках А і B на інші елементи вказують, що такі модифікування призводять до істотної зміни усіх цільових характеристик цих сполук.
Дане дослідження спрямоване на розв’язання фундаментальних завдань по створенню нових й удосконаленню існуючих технологій одержання монофазних перовскітоподібних оксидів РЗЕ (Ln), лужноземельних (Ca, Sr, Ba) і d-металів (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, ін.).
Формування таких багатокомпонентних оксидних матеріалів є непростим у науково-технологічному відношенні процесом, який у силу нерівноважності і особливостей перебігу виявляється багатостадійним і супроводжується утворенням низки проміжних фаз. Часто існуючі способи отримання перовскітів складні і трудомісткі, характеризуються наявністю водостоків або дають продукти з низькими значеннями питомої поверхні, яка не відповідає вимогам багатьох можливих напрямів застосувань.
Відомі синтези перовскітів: за традиційною керамічною технологією, методом співосадження, золь-гель метод, цитратний метод, метод складних ефірних полімерних попередників (методика Пекіні, синтез керамічних порошків), механохімічний метод, плазмохімічний метод, гліцин-нітратний метод. Одним з нових перспективних підходів є використання в процесі синтезу стадії мікрохвильового оброблення. Мікрохвильове нагрівання вирізняється швидкістю, високим ККД, але має обмеження, пов'язані з селективністю поглинання мікрохвильового випромінювання: вибір прекурсорів для синтезу обмежується речовинами з високою діелектричною проникністю або високою іонною провідністю. Речовинами, що найбільше відповідають для мікрохвильового синтезу, можуть бути кристалогідрати легкорозчинних солей, в основному, нітратів.
Сучасні технологічні схеми створення подібних матеріалів передбачають використання вихідних речовин високої чистоти і досконалих хімічних методів їх змішування. Це забезпечує одержання продукту із заданою однорідністю, властивостями, стабільністю.
Нині з'ясовуються способи керування технічними параметрами таких матеріалів шляхом вибору складу, умов синтезу і послідуючого оброблення. Широта функціональних задач, принципів і способів їх вирішення, відсутність матеріалів, що повністю задовольняють всьому комплексу технічних і технологічних вимог обумовлюють відсутність універсальних методів їх вирішення.
І одержання досконалих таких матеріалів зумовлює використання нанорозмірних частинок речовин складових компонентів технологічних сумішей, а це у свою чергу підвищує інтерес до низькотемпературних способів їх синтезу хімічними методами із використанням рідких багатокомпонентних нітратних систем.
Авторами досліджується взаємозв’язок між способом, умовами синтезу і властивостями складних РЗЕ-вмісних оксидів при застосуванні ряду технологічних схем і з використанням комбінованих способів активації систем нітратних попередників: синтезу трьохшарових складних оксидів змішаного складу Na2O∙Ln2O3∙3TiO2 (Ln – La, Nd), одержаних твердофазним синтезом і методом змішування аморфного геля-прекурсора; виготовлення манганітів LnMnO3+δ різними способами (у тому числі – з плазмо-термічним розпиленням розчинів); приготування перовскітоподібних оксидних фаз La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1Co0.1O3−δ каталітичного призначення, у якості катодних матеріалів ТОПЕ гліцин-нітратним методом (за таким регламентом відсутність помольних операцій при підготовці вихідної шихти забезпечує високу чистоту кінцевих продуктів, а ланцюговий характер перебігу таких перетворень – високу швидкість і масштабність виробництва, що і зумовлює його використання провідними корейськими компаніями). Застосування мікрохвильового способу оброблення нітратних прекурсорів істотно спрощує процедуру синтезу манганітів, дозволяє отримати каталітично активні зразки з розвиненою питомою поверхнею та вибір подальшого характеру термооброблення для отримання цільових продуктів з необхідним набором функціональних характеристик.
У роботі:
• вивчено існуючі технології формування перовскітоподібних фаз з метою розв’язання новітніх прикладних завдань з використанням координаційних нітратних прекурсорів перехідних, рідкісноземельних, лужних, лужноземельних елементів; з’ясовано умови їх проведення та особливості;
• сформульовано функціональні, технічні, технологічні, експлуатаційні вимоги до вибору таких матеріалів, їх стійкості, стабільності, відтворюваності;
• вивчено можливі способи формування монофазних перовскітопоібних оксидних функціональних матеріалів; переваги і недоліки кожного із них;
• досліджуються способи керування технічними параметрами таких матеріалів шляхом вибору складу, умов синтезу і послідуючого оброблення;
• з'ясовано можливості застосування перовскітоподібних РЗЕ-вмісних оксидних фаз до конкретних сфер їх використання;
• вивчено позитивний досвід практичного використання перовскітоподібних РЗЕ-вмісних оксидних фаз для каталізу та катодних матеріалів електрохімічних реакторів конверсії природного газу у синтез-газ.
Список використаних джерел:
1. Особливості перетворень у РЗЕ-вмісних системах нітратних прекурсорів у підготовчих процесах формування перовскітоподібних оксидних матеріалів. /
О.Г. Дрючко, Д.О. Стороженко, Н.В. Бунякіна та ін. // Вісник НТУ «ХПІ». – 2016. – № 22 (1194). – С. 63–71.
2. Preparation and characterization of La0.8Sr0.2Ga0.8Mg 0.1Co0.1O3−δ electrolyte using glycine-nitrate process / K.-M. Ok, K.-L. Kim, T.-W. Kim, D.-H. Kim, et all. // Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology. – 2013. – Vol. 23. – No. 1. – P. 37–43.