Получение и исследование физико-химических свойств пористых металлоксидных нанокомпозитов

• Автор: Леонова, Елена Витальевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Создание пористых оксидных матриц. Формирование и стабилизация наночастиц в нано и макроразмерных порах. Литературный обзор

1.1 Пористые оксидные материалы, способы синтеза

1.2 Модификация поверхности пор активными компонентами наночастицами металлов.

1.3 Методы получения металлсодержащих наноразмерных частиц

1.3.1 Общая характеристика методов

1.3.2 Реакции восстановления серебра в растворе

1.3.3 Оптические свойства иапочастиц серебра.

1.3.4 Стабилизация наноразмерных частиц

2 Методы получения и исследования материалов.

2.1 Методики получения и нанесения пористых оксидных слоев.
2.2 Получение пористых гелей диоксида кремния
2.3 Формирование наночастиц серебра в пористых гелях 8Ю2.
2.4 Анализ объектов
2.4.1 Определение параметров структуры пористых оксидных покрытий
2.4.2 Определение каталитической активности и сорбционной способности пористых слоев.
2.4.3 Определение пористости, распределения пор, истиной плотности и удельной поверхности гелей 8Ю2.
2.4.4 Термогравиметрические исследования гелей.
2.4.5 Определение параметров структуры гелей 8Ю2 и нанокомпозитов
2.4.6 Методика определения ионов серебра в растворе, содержащем наночастицы серебра
2.4.7 Изучение оптических свойств композитов АОг.
2.4.8 Методика определения содержания серебра, сформированного внутри геля 8Ю
3 Пористые оксидные слои и композиты на их основе.
3. 1 Пористые оксидные слои.
3.2 Пористые оксидные слои, нанесенные на волластонит и их каталитическая активность.
3.3 Пористые оксидные слои, нанесенные на чувствительный элемент сенсора и их каталитическая активность
4 Пористые блочные материалы на основе диоксида кремния, содержащих макро и мезопоры.
4.1 Изучение влияния условий синтеза и состава реакционной смеси на пористость, распределение пор по размерам, величину удельной поверхности, стойкость образцов к растрескиванию
4.2 Исследование структуры и состава поверхности гелей 8Ю
4.3 Исследование процессов химического осаждения серебра в растворе, исследование кинетических параметров реакции осаждения
4.4 Формирование наночастиц серебра в порах геля диоксида кремния
4.5 Изучение кинетики зародышеобразования и роста частиц серебра в порах геля.
4.5.1 Зародышеобразование и стабилизация наночастиц в порах
4.5.2 Влияние размера пор на процессы формирования частиц серебра в пористой системе.
4.5.3 Влияние воды на процессы стабилизации частиц серебра в порах
4.6 Исследование композитов АдБЮг.
4.7 Исследование каталитических свойств образцов на основе серебра и диоксида кремния в процессе парциального окисления этиленгликоля в
глиоксаль
Заключение.
Список литературы


Традиционные пропиточные методики и методы осаждения, здесь неприменимы, так как с их помощью невозможно обеспечить равномерное распределение частиц в объеме блока большого размера. Значительный прогресс может быть достигнут, если формирование активного компонента проводится в объеме раствора, заполняющего поры. Таким образом, исследования теоретических и практических аспектов синтеза неорганических макропористых монолитных систем, дизайн которых обусловлен фазовым расслоением в процессе поликонденсации, а также процессов модификации поверхности пор активными компонентами в наноформе являются важными и актуальными. Неорганические оксидные материалы обладают высокой прочностью, термической стабильностью и химической стойкостью, что позволяет широко применять их в различных областях науки и техники. Чистые и однородные оксидные материалы могут быть получены с помощью зольгель технологии последняя постоянно развивается и совершенствуется 2, 3, 4, 5 в направлении управления структурой и составом полученных продуктов на всех стадиях процесса. Зольгель процессы протекают в водных растворах солей, и в спиртовых, с использованием алкоксидов металлов. В случае использования алкоксидов конечный материал является более чистым и однородным и не содержит ионов щелочных металлов. Данная технология обеспечивает возможность осуществления непосредственного перехода из аморфного в кристаллическое состояние вещества без введения минерализующих добавок, а также возможность синтеза принципиально новых материалов с управляемыми свойствами 6. Метод Печини 7, метод органических предшественников, разновидность зольгель технологии был предложен в году для нанесения диэлектрических пленок титанатов и ниобатов свинца и щелочноземельных элементов в производстве конденсаторов. Позже процесс был адаптирован для лабораторного синтеза многокомпонентных высокодиспсрсных оксидных материалов. Метод Печини основан на формировании комплексов щелочных, щелочноземельных, переходных металлов и неметаллов с би или тридентатным хелатообразующими агентами, такими как, например, лимонная кислота. Полиспирты, например этилен гликоль, используются для связывания между собой хелатов в ходе реакции полиэтерификации, приводящей к формированию геля 8, 9, . При дальнейшем нагревании начинаются процессы окисления и пиролиза полимерной матрицы, приводящие к образованию рентгеноаморфного оксидного иили карбонатного прекурсора. Последующая термическая обработка этого прекурсора позволяет получить нужный материал с высокой степенью однородности и дисперсности. Диффузионные затруднения, возникающие при движении ионов металлов в фазе геля, приводят к образованию высокодисперсных частиц оксидов. Большое количество углеродсодержащих продуктов, формирующихся на стадии отжига, способствует их капсуляции и сохранению нанометрового размера. Последующее удаление органики способствует формированию пористой структуры оксида. В отличие от традиционных зольгель процессов, где сами атомы металла становятся неотъемлемой частью сети геля, гель в методе Печини формируется в результате этерификации хелата и полиспирта. Ионы металла по существу заперты ограничены в органической матрице, с которой они слабо связаны. Частицы, получающиеся после прокаливания, практически всегда сферические или почти сферические. В настоящее время метод Печини широко используется для синтеза диэлектриков, флуоресцентных и магнитных материалов, высокотемпературных сверхпроводников, катализаторов, а также для нанесения оксидных пленок и покрытий. К достоинствам метода относятся простота, почти полная независимость условий процесса от химии катионов, входящих в состав конечного материала, и достаточно низкая температура термической обработки прекурсора, что позволяет практически полностью исключить процессы спекания при синтезе и получать нанокристаллические порошки тугоплавких оксидов. Недостатки метода Печини включают использование токсичного этиленгликоля и большой массы органических реагентов в расчете на единицу массы получаемого материала, отсутствие устойчивых цитратных комплексов некоторых элементов висмут, кремний и др. Здесь алкильная группа, x2Xi.