Процессы фазообразования, структура, магнитные и каталитические свойства сложных ферритов гадолиния и стронция Gd2-xSr1+xFe2O7-a

• Автор: Числова, Ирина Васильевна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Ферритовая керамика и методы синтеза ферритовой керамики

1.2. Описание структуры исследуемых ферритов

1.3. Синтез и свойства исследуемых сложных ферритов стронция и гадолиния

1.4. Механизм образования перовскитоподобных слоистых оксидов

1.5. Углекислотная конверсия метана и синтез Фишера-Тропша

1.6. Постановка задач исследования

2. Экспериментальная часть

2.1.Синтез оксида Ос128гРе207 и твердых растворов Об2_х8г1+хРе
2.1.2. Синтез монокристалла йс128гРе
2.1.3. Синтез твердых растворов Сс12_х8г1+хРе207 (х=0,1 - 0,5)
2.2. Синтез субмикрокристаллических сложных ферритов Ос1РеОз, С1с18гРе04 и ОсРЗгРетСЬ
2.2.1. Синтез сложного оксида ОсП-еОз
2.2.2. Синтез сложных слоистых оксидов О08гРеО4 и Сс12_х8г1+хРе
2.3. Изучение механизма и кинетики образования сложных оксидов
2.4. Методы исследования
2.4.1. Рентгеновская дифракция
2.4.2. Термический анализ
2.4.3. Мессбауэровская спектроскопия
2.4.4. Методы определения размеров частиц
2.4.5. Низкотемпературная адсорбция азота
2.4.6. ИК-спектроскопия
2.4.7. Исследование магнитных свойств
2.4.8. Температурно-программируемое восстановление водородом
2.4.9. Исследование каталитической активности
3. Обсуждение результатов
3.1. Результаты синтеза поликристаллического сложного феррита Ос128гРе
3.1.1. Процесс образования С028гРе2О
3.1.2. Структура сложного феррита Ос128гРе
3.1.2.1. Результаты полнопрофильного структурного анализа
3.1.2.2. Результаты исследования структуры монокристаллов
3.1.3. Микроскопия поверхности образца 0б28гРе

3.2. Состояние атомов железа в оксидах 8гРеОз_г, СсШеОз и вс^гРегО?
3.3. Кинетика образования 0с18гРе
3.4. Теплоемкость и термодинамические функции СёБгРеОз и Ос^ЗгРегО?
3.5. Магнитные свойства сложного слоистого оксида ОёгЗгРегСЬ
3.6. Результаты синтеза ультрадисперсных ферритов GdFeOз, 0с18гРе04 и ОсЬБгРезО?
3.6.1. Результаты рентгенофазового и синхронного термического анализа
3.6.2. Результаты определения размеров частиц и удельной поверхности
3.6.3. Состояние атомов железа
3.7. Результаты синтеза твердых растворов Оё2-х8г1+хРе
3.7.1. Результаты рентгенофазового и синхронного термического анализа
3.7.3. Структура и морфология твердых растворов СсЬ-хЗгнхРегСЬ
3.7.4. Влияние неизовалентного катионного замещения 0<1+3—>8г+2 на состояние атомов Ре и магнитные свойства
3.8. Результаты исследования каталитических свойств
3.8.1. Температурно-программируемое восстановление в водороде
3.8.2. Гидрирование монооксида углерода
3.8.3. Углекислотная конверсия метана
Заключение
Основные результаты и выводы
Список литературы

Введение
Актуальность темы. С момента открытия перовскитоподобные соединения являются одними из самых привлекательных и интересных смешанных оксидов в связи с их многочисленными функциональными свойствами и использованием в новейших технологиях. Значительный интерес представляют ферриты с перовскитоподобной структурой.
Процессы образования слоистых перовскитоподобных ферритов до настоящего времени остаются недостаточно изученными, хотя сведения о кинетике и механизме формирования необходимы для разработки оптимальных методов синтеза и позволяют ответить на ряд вопросов, связанных с определением их химической и термической устойчивости.
Синтез таких оксидов по керамической технологии не только сложен и требует больших экономических затрат (продолжительное время синтеза и высокие температуры прокаливания), но и не позволяет получать частицы в наноразмерном диапазоне и с новыми отличными свойствами. Поэтому в настоящее время продолжается поиск новых методов синтеза сложных ферритов, среди которых часто встречаются методы с использованием жидких растворов. Одним из наиболее перспективных, экономичных и экологически чистых методов является золь-гель метод, позволяющий получать ультрадисперсные порошки, волокна или тонкие пленки из растворов при температурах более низких, чем в случае традиционного твердофазного синтеза.
Для синтеза соединений сложного катионного состава золь—гель метод остается не достаточно изученным и требует большого внимания, как в направлении отработки отдельных стадий, так и поиска оптимальных условий синтеза.
Свойства перовскитоподобных ферритов находятся в сильной зависимости от структуры, морфологии и состояния атомов железа, поэтому практическое применение материалов на их основе неизбежно сталкивается с проблемой контроля этих параметров в процессе синтеза.
Актуальность настоящей работы определяется необходимостью изучения механизмов образования слоистых перовскитоподобных ферритов для разработки оптимальных

электронной микроскопии подтвердил присутствие микроструктуры, характеризующейся однородным распределением и одинаковым размером зерен и пор в сложном слоистом оксиде LaSrFe04, и показал присутствие кристаллов с различной морфологией в слоистом оксиде La2SrFe207.
Впервые изучен обмен кислорода в образцах слоистого перовскита LaSrFeO4±0 и La02Sr! 8Мп04±е при 800 - 900 °С[88]. По сравнению с перовскитами с близким содержанием стронция, слоистые перовскиты характеризуются более высокой скоростью обмена кислорода на поверхности, но меньшей скоростью диффузии кислорода в объеме.
Установлено, что для Sr-замещенных ферритов лантана формирование в приповерхностном слое частиц фазы слоистого перовскита приводит к увеличению скорости обмена кислорода на поверхности при сохранении высокой скорости диффузии кислорода в объеме.
Показано, что для Sr-замещенных манганитов и ферритов лантана высокотемпературные реакции окисления метана и разложения закиси азота протекают с участием объемного кислорода сложного оксида по окислительно-восстановительному механизму. Для манганитов лантана установлена корреляция между скоростями каталитических реакций окисления метана и разложения закиси азота с эффективным коэффициентом самодиффузии кислорода в объеме. Для ферритов лантана вследствие более высокой подвижности кислорода в объеме каталитическая активность коррелирует со скоростью обмена кислорода в приповерхностном слое.
GdjSrFcjOi
Сложный оксид Gd2SrFe207 описан в литературе [64,89] как ферромагнитный электрический изолятор. Синтез проводили по керамической технологии при достаточно жестких условиях, а именно в атмосфере кислорода, что не вполне обоснованно, т.к. в конечном соединении степень окисления Fe+3, а не более высокая. Свойства исследованы в узкой температурной области -до температур не ниже 77К, хотя известно, что именно в области более низких температур могут проявляться аномалии магнитных и электрических свойств.