Технология получения оксидных систем CeO2-SiO2 и CeO2-SnO2 в тонкопленочном и дисперсном состояниях из пленкообразующих растворов и их свойства

• Автор: Халипова, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Глава Е ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦЕРИЯДУ) И ОКСИДНЫХ СИСТЕМ Се02-8Ю2, Се02-8п02 В ТОНКОПЛЕНОЧНОМ И ДИСПЕРСНОМ СОСТОЯНИЯХ
1.1 Особенности тонкопленочного состояния как одного из наноразмерных состояний вещества

1.2 Получение и свойства пленок Се02, Се02-8Ю2, Се02-8п

1.2.1 Методы получения Се02 в тонкопленочном состоянии

1.2.2 Методы получения композитных тонких пленок Се02-8Ю2 и Се02-8п

1.2.3 Оптические свойства тонких пленок Се02, Се02-8Ю2 и Се02-8п

1.3 Получение и свойства Се02, Се02-8Ю2, Се02-8п02 в дисперсном состоянии

1.3.1 Методы получения дисперсного Се

1.3.2 Методы получения дисперсных композитов Се02-8Ю2 и Се02-8п

1.3.3 Структура и свойства материалов на основе Се02, Се02-8Ю2 и Се02-8п
1.3.3.1 Структура Се02, Се02-8Ю2 и Се02-8п
1.3.3.2 Каталитическая активность оксида церияДУ) и оксидных систем Се02-8Ю2 и Се02-8гЮ
1.4 Кислородная нестехиометрия оксида церия(ГУ) в дисперсном и тонкопленочном состояниях
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА. МЕТОДИКИ СИНТЕЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
2.1 Методика синтеза пленок и порошков Се02, Се02-8Ю2, Се02-8п02из ПОР
2.2 Методы исследования состава и процессов протекающих в ПОР
2.2.1 Метод вискозиметрии
2.2.2 Метод ИК спектроскопии
2.2.3 Метод УФ спектроскопии
2.2.4 Метод определения среднего размера частиц в ПОР
2.3 Методы исследования процессов формирования оксидных систем Се02-8Ю2, Се02-8п02 из ПОР
2.3.1 Метод термического анализа
2.3.2 Метод рентгенофазового анализа
2.4 Методы исследования свойств оксидов систем Се02-8Ю2, Се02-8п02 в тонкопленочном состоянии
2.4.1 Методы изучения морфологии поверхности пленок
2.4.2 Метод измерения сопротивления пленок
2.4.3 Методы изучения оптических свойств пленок

2.5 Методы исследования свойств оксидов систем Се02-8Ю2, Се02-8п02 в дисперсном состоянии
2.5.1 Методы изучения морфологии оксидов в дисперсном состоянии
2.5.2 Метод определения площади удельной поверхности и размера пор оксидов в дисперсном состоянии
2.5.3 Метод определения кислотно-основных свойств поверхности твердых тел
2.5.4 Методика исследования сорбционных свойств
2.5.5 Метод исследования каталитической активности системы Се02-8п02.
Глава 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ: СОСТАВ ПОР, СТАДИИ ПРОЦЕССОВ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ ОКСИДОВ Се02 И ОКСИДНЫХ СИСТЕМ Се02-8Ю2 И Се02-8п02 ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ
4.1 Термическая устойчивость ПОР на основе нитрата церия(Ш) с салициловой кислотой
4.2 Термическая устойчивость спиртовых ПОР на основе нитрата церия(Ш) и салициловой кислоты с добавками тетраэтоксисилана и хлорида оловаЦУ)..
Глава 5. СВОЙСТВА ПЛЕНОК Се02) Се02-8Ю2 И Се02-8п02, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ
5.1 Свойства пленок Се
5.2 Свойства оксидных систем Се02-8Ю2 и Се02-8п02 в тонкопленочном состоянии
5.3 Рекомендации по практическому применению тонкопленочных материалов Се02-8п02 и СеОг-БЮг
Глава 6. СВОЙСТВА Се02 И ОКСИДНЫХ СИСТЕМ Се02-8Ю2 И Се02-8п02, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ В ДИСПЕРСНОМ СОСТОЯНИИ
6.1 Свойства порошков Се
6.2 Свойства оксидных систем Се02-8Ю2 и Се02-8п02 в дисперсном состоянии
6.3 Каталитические свойства оксидной системы Се02-8п
Выводы
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Создание новых функциональных материалов на основе оксидов металлов (катализаторов, противоэлектродов электрохромных устройств, твердооксидных топливных элементов, защитных покрытий солнечных батарей), в том числе оксида церия(1У), является перспективной областью научных исследований, соответствующей приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ «Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов». Широкое применение в промышленности получили композитные материалы Се02-8Ю2 и Се02-8п02 благодаря легкости перехода церия между окисленной и восстановленной формами Се3+<^Се4+. Оксиды олова(1У) и кремния(1У) оказывают влияние на данное равновесие, а также повышают термическую стабильность и коэффициент пропускания в видимой области спектра оксида церия(1У).
Известные физические и комбинированные методы получения оксидных систем Се02-8Ю2 и Се02-8п02 в дисперсном и тонкопленочном состояниях, в основном, энергозатратны и требуют использования дорогостоящего оборудования. Предлагаемые в химических методах синтеза пленок растворы приобретают пленкообразующую способность в высокощелочной среде или при введении поверхностно-активных веществ, что не безопасно с экологической точки зрения. Существующая информация о влиянии условий синтеза и соотношения компонентов в оксидных системах Се02-8Ю2 и Се02-8п02 на их свойства противоречива и ограничена. Поэтому актуальной задачей в настоящее время является разработка новых составов пленкообразующих растворов (ПОР), установление зависимости в ряду условия синтеза из ПОР - состав, свойства поверхности оксидных систем Се02—БЮ2 и Се02-8п02 — функциональные свойства материалов на их основе и разработка технологии получения оксидных систем Се02-8Ю2 и Се02-8п02 в тонкопленочном и дисперсном состояниях с заданными свойствами.
Работа выполнена в соответствии с научным направлением кафедры неорганической химии НИ ТГУ «Создание физико-химических принципов для целенаправленного синтеза и модифицирования композиционных и наноструктурных полифункциональных материалов» в рамках работы по темплану НИР ТГУ № 1.29.09. (2008-2013 г.); и ГЗ № 1432 от 29 января 2014 г, при поддержке фонда содействия

кислоту с М03~-иопами в анолите; формирование на катоде в электрическом поле Се02. Так, в работе [146], описано проведение осаждения в камере электролизера, разделенного диффузионной анионообменной мембраной. Следует отметить, что данный способ обладает низкой эффективностью вследствие растворения катодного осадка Се02 из-за скапливаемых в катодной камере нитрат-ионов и снижении pH католита. Данная проблема может быть решена заменой диффузионной мембраны на ионообменную, обеспечивающую своевременный отвод ТЮ3~ ионов [147]. Полученные при этом порошки Се02 имеют развитую удельную поверхность 89-146 м2/г и размер частиц 5,7-9,4 нм [147]. Невысокая воспроизводимость результатов, малое число параметров, позволяющих оказывать влияние на свойства Се02, и проведение осаждения при рН<7 являются недостатками данного метода.
Обобщение имеющихся литературных данных позволило выявить основные характеристики методов синтеза Се02 в дисперсном состоянии (таблица 1.2).
Таблица 1.2 - Характеристика методов синтеза нанодисперсного Се
Метод синтеза Контроль над процессами Т синтеза Воспроиз- водимость Агломерация частиц Сложность метода
Термолиз солей - высокие низкая + простой
Быстрое осаждение ± средние средняя + простой
Гомогенное осаждение + средние высокая ± простой
Печини + высокие высокая + простой
Синтез в эмульсии + низкие средняя - сложный
Механоактивация - средние средняя - простой
ГТ + средние высокая ± сложный
ГТМВ + низкие высока ± сложный
Электрохимический ± средние средняя + сложный
Независимо от метода увеличение концентрации реагентов, температуры термолиза, продолжительности синтеза приводит к получению кристаллитов и агломератов большего размера, вследствие неизбежной агломерации и агрегации частиц. Избежать слипания частиц возможно при проведении методов синтеза в агрегативно-устойчивых золях ввиду их технологических особенностей. Характеризуя методы синтеза по времени, к числу наиболее экспрессных можно отнести термолиз солей церия, быстрое осаждение и гидротермальный-микроволновой методы синтеза. Каждый из методов обладает рядом недостатков, устранение которых является актуальной задачей для исследователей.