Низкотемпературный золь-гель синтез наноразмерных материалов TiO2-Fe3O4, TiO2-CoO, Fe2TiO5, CoTiO3 и твердых растворов Fe(III) в TiO2

• Автор: Герасимова, Татьяна Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 .Свойства диоксида титана

1.2.Влияние условий синтеза на формирование структуры диоксида титана

1.3.Получение ультрадисперсных материалов на основе диоксида титана ^ ] золь-гель методом

1.4.Модифицирование диоксида титана

1.5.Проявление магнитных свойств наноструктурированными _0 композиционными материалами на основе диоксида титана

1.6.Типы доппиругощих добавок

1.6.1. Допирование кобальтом

1.6.2. Допирование железом
1.7.Влияние условий синтеза на формирование кристалисталлической ^ струтуры шпенелеподобных композитов на основе диоксида титана
1.8.Особенности синтеза гетерооксидных композитов на основе диоксида ^
титана
1.9.Методики получения наночастиц допирующих материалов
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Описание используемых материалов и реактивов
2.2. Методы синтеза гибридных материалов на основе диоксида титана
2.2.1. Получение наноразмерного порошка диоксида титана
2.2.2. Синтез нанодисперсного порошка Ре30|
2.2.3. Синтез наночасгиц Со(ОН)2
2.2.4. Синтез оксида кобальта
2.2.5.Получение наноструктурированных материалов на основе диоксида титана и магнетита.Методики проведения золь-гель 59 синтезов
2.2.5.1.Синтез нанокомпозитов на основе ТЮ2, ^ модифицированного Ре
2.2.5.2.Синтез твердых растворов Ре(ІІІ) в матрице ТіСЬ и ^ псевдобрукита в процессе низкотемпературного синтеза
2.2.6 Получение наноструктурированных материалов на основе
диоксида титана, модифицированного оксидом кобальта. 62 Методики проведения золь-гель синтезов
2.2.6.1.Синтез дисперсных наночастиц оксида кобальта в матрице ^ диоксида титана
2.4.6.2 Синтез ильменита кобальта
2.3. Методы исследования материалов

Глава 3. Обсуждение результатов
3.1. Физико-химическая характеристика нанокомпозитов, полученных ^ путем путем смешения золей Ре304 и СоО с золем ТЮ
3.1.1. Нанокомпозиты с наночастицами Ре304 в матрице диоксида титана
3.1.2. Особенности нанокомпозитов на основе наночастиц СоО ^
распределенных в матрице ТЮ2 '
3.2.Низкотемпературный золь-гель синтез псевдобрукита, ильменита ^ кобальта и твердых растворов ионов Ре(Ш) в матрице диоксида титана.
3.2.1. Особенности формирование твердых растворов Ре(Ш) в матрице ^ ТЮ2 и псевдобрукита в процессе низкотемпературного синтеза.
3.2.2. Особенности взаимодействий в коллоидных системах, обуславливающие формирование ильменита кобальта при 100 кристаллизации из растворов.
3.3.Сравнительная характеристика оптических и фотокаталитических
свойств полученных композитов Г'с304/Ті02 и твердых растворов Ре(ІІІ)

Выводы
Список литературы

Введение
В настоящее время материалы на основе диоксида титана, благодаря набору уникальных свойств, открывают безграничные возможности для создания новых высокоэффективных нанокомпозитов в различных областях науки и техники. Широкая область практического применения полиметаллических систем, вызывает огромный интерес у исследователей в различных областях. К настоящему моменту, применение данных материалов наиболее широко развивается в биологии и медицине, электронике, хранении и записи информации и прочих областях науки и техники. Материалы, полученные на основе гидролиза продуктов алкоксидов титана в присутствии магнитной фазы, так же как и гетерооксидные соединения на основе диоксида титана, перспективны для использования в качестве: магнитных полупроводников, [1] магпито-оптических полупроводников [2], фотокатализаторбв для разложения органических соединений [3] и фотоэлектрохимической генерации водорода из воды [4]. Получены данные о каталитической активности титанатов железа в процессах неэнзиматической фиксации азота [5].
Актуальность темы. В последнее десятилетие внимание исследователей привлечено к материалам на основе диоксида титана, модифицированного оксидами железа и кобальта.
Нанокомпозиты, в которых магнитные наночастицы и оксиды железа и кобальта распределены в полупроводниковой матрице диоксида титана без образования химических соединений, представляют значительный интерес в качестве вещественных элементов спинтронных устройств, фотокаталитически активных материалов, магнитных каталитически активных материалов, систем доставки лекарственных препаратов, средств гипергермической терапии. Для получения таких систем используются керамическая технология, химическое осаждение из газовой фазы, лазерная молекулярная эпитаксия, распыление в плазме, а также так называемые методы “мокрой и мягкой химии” (wet and soft chemistry) основанные на химических реакциях в растворах. Эти методы позволяют получать материалы в виде нанопорошков и тонких пленок, дают

При помещении оксидов железа в водную среду поверхность частиц, обычно претерпевает модификацию. Атомы железа в оксидах могут выступать в качестве кислот Льюиса, которые в водных системах ассоциируют с гидроксильными ионами или молекулами воды. Химия поверхности частиц в значительной степени зависит от величины pH; при низком pH поверхность частиц протонируется, а при высоком pH поверхность имеет отрицательный заряд (рис. 1.13). Гидроксильные группы на поверхности магнетита являются химически активной частью, которая может реагировать с кислотой или основанием. А также НО-группы реагируют с другими органическими или неорганическими анионами и могут адсорбировать протоны или катионы.
pH <7 pH = 7 pH >
Рисунок 1.13. Изменение поведения частиц магнетита в зависимости от pH [144].
Таким образом, большинство реакций начинается на поверхности частиц, содержащей гидроксильные группы. Протонирование, как можно предположить, является реакцией между протонами и поверхностными группами оксида железа. Общая реакция между оксидом Fe (III) и протонами протекает согласно уравнению (1.27) [145]:
FeO(OH)aq + nH+ [Fe(OH)(3.n)]n+aq + (n-1) Н20 (1.27)
Хотя уравнение (1.27) кажется достаточно простым, механизм реакции состоит из нескольких этапов. Согласно Stumm и Furrer (1987) реакция инициируется на поверхности, где атом Fe скоординирован с нейтральной парой ОН/ОН2. Группа ОН адсорбирует протон, после чего происходит изменение нейтрального заряда поверхности группы на положительный, Fe(III)(OH2)2 +.