Синтез нанослоев неорганических соединений по схеме "слой-за-слоем" на границе раздела твердое тело-раствор

• Автор: Толстой, Валерий Павлович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 355 с. : ил.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 .Адсорбция и комплексообразование на границе раздела оксид

гидроксид металла раствор.

1.2. Методы послойного синтеза тонкослойных структур на поверхности твердых тел.

1.3. Уравнения Френеля, описывающие эффекты отражения, преломления и поглощения света на границе раздела двух сред с промежуточным переходным слоем

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2. Методическая часть

2.1. Разработка методик синтеза нанослоев

2.2. Разработка алгоритма поиска оптимальных условий послойного синтеза с использованием программ расчета равновесий в растворах комплексных соединений

2.3. Методы анализа состава, структуры и морфологии синтезированных слоев.

2.4. Методы исследования свойств синтезированных слоев.

3. Разработка методических основ оптической спектроскопии нанослоев
3.1. Спектроскопия пропускания в поляризованном излучении нанослоев на поверхности полупроводников и диэлектриков
3.2. Спектроскопия отраженияпоглощения нанослоев на поверхности полупроводников и диэлектриков
3.3. Спектроскопия отраженияпоглощения нанослоев на границе раздела двух сред
3.4. Спектроскопия пропускания и диффузного пропускания нанослоев на
поверхности дисперсных веществ
3.5. Изучение проблем интерпретации спектров нанослоев.
3.6. Анализ погрешностей вычисления экспериментальных значений факторов поглощен ия .
3.7. Сравнение интенсивностей полос в спектрах, полученных с использованием различных методов, выбор среди них наиболее чувствительных
4. Синтез нанослосв методом ионного наслаивания с использованием растворов солей металлов.
4.1. Синтез с использованием реакций образования на поверхности груднорастворимых соединений без изменения степени окисления реагирующих ионов
4.1.1. Синтез напослоев сульфидов и фторидов металлов
4.1.1.1. Синтез 1п
4.1.1.2. Синтез 8Ь
4.1.1.3. Синтез АЬ5б
4.1.1.4. Синтез ЬаР3.
4.1.2. Синтез нанослоев гидроксофторидов и гидроксооксалатов металлов
4.1.2.1. Синтез Си0,о4гОНхРо,бз.
4.1.2.2. Синтез 7по,отОНхР0.з2.
4.1.2.3. Синтез 2гРхОН4.х
4.1.2.4. Синтез Си0.НОНхР0,з
4.1.2.5. Синтез М,,6АНЛСУ.
4.1.2.6. Синтез 2по.реОНхС4у.
4.1.3. Синтез нанослоев гидроксопероксидов СиИ, Ъп, Ьа, НП и Ьа
4.1.4. Синтез В1У
4.1.5. Синтез гг2.6ОНхРМо8.о8п1.упН.
4.2. Синтез нанослоев методом ионного наслаивания с использованием окислительновосстановительных реакций в слое адсорбированных ионов
4.2.1. Реакции окисления или и восстановления катионов
4.2.1.1. Синтез СехпН.
4.2.1.2. Синтез ТпН
4.2.1.3. Синтез МЮОН
4.2.1.4. Синтез РеООН.
4.2.1.5. Синтез РЬ пН.
4.2.1.6. Синтез Ав.
4.2.1.7. Синтез ЛМпОгпШЭ.
4.2.2. Реакции окисления катионов и восстановления анионов
4.2.2.1. Синтез СеоЬОхпРШ.
4.2.2.2. Синтез СозМпОхпН
4.2.2.3. Синтез Мп п
4.2.2.4. Синтез РеСг0.7ОНх.
4.2.2.5. Синтез 8п,Н,упН
4.2.2.6. Синтез 8пМо0.бОх пН2О
4.2.3. Сопряженные реакции, включающие окисление и адсорбцию ионов
4.2.3.1. Синтез ЬаСсхОНу
4.2.3.2. Синтез РеЫ4ОНХ.
4.3. Синтез нанослоев с использованием в качестве реагентов растворов солей и молекул в газовой фазе
4.3.1. Синтез
4.3.2. Синтез ЗсБзИ ЬаР
4.4. Синтез нанослоев с использованием в качестве реагентов коллоидных растворов
4.4.1. Синтез 8ппН
4.4.2. Синтез Ли0х8пО2пН2О
4.4.3. Синтез Сич8Ю2хпН2Ои 8Ю2пН
5. Примеры применения изученных реакций синтеза нанослоев для решения практически важных задач
6. Основные результаты работы и выводы
Список литературы


Важная особенность этой работы состоит в том, что в качестве аниона авторы предложили использовать многофункциональный анион фитиновой кислоты, который, с одной стороны, за счет Р2 групп адсорбируется на поверхности наночастиц ТЮ2, а, с другой создает центры для адсорбции следующего слоя наночастиц. В ряде работ послойный синтез удалось выполнить и с использованием только коллоидных растворов. Нес1огке размером соответственно и нм 0, а также из наночастиц коллоидных растворов ТЮг и вЮг 1. Данные наночастицы образуют на поверхности подложки плотный слой за счет последовательных реакций адагуляции коллоидных частиц с противоположным зарядом. Например, положительно заряженных коллоидных частиц 2пОНг или гПОг и отрицательно заряженных 8Ю2. Как установлено, полученные структуры являются эффективными фотокатализаторами окисления примесей органических соединений в воде. Итак, суммируя результаты работ в области послойного синтеза тонкослойных структур следует отметить, что существует несколько методологических приемов синтеза, отличающихся использованием при синтезе реагентов как в газовой, так и в жидкой фазе, в том числе растворов солей металлов, полиэлектролитов и коллоидных частиц. По нашему мнению, многообразные реакции послойного синтеза могут быть разделены на отдельные группы в соответствии с природой исходных веществ, которые используются для синтеза, т. Данные методики синтеза могут быть определены как молекулярное МЫ, ионное И и коллоидное КН наслаивание. Необходимость предлагаемого разделения связана с тем, что для каждой группы отмеченных методик существуют свои характерные закономерности синтеза. Как правило, все эти реакции проводят на поверхности подложки в слое химически или физически адсорбированных частиц. Но при МН используются, в основном, реакции поли конденсации между молекулами, при ИН реакции образования на поверхности внутри и внешнесферных комплексов, при КН реакции адагуляции. Существенным моментом при такой классификации является также и более систематизированное изложение отмеченных проблем синтеза, важное для целей учебного процесса. Рис. Классификация методов синтеза нанослоев по схеме слойзаслоем. МН молекулярное наслаивание, ИН ионное наслаивание, КН коллоидное наслаивание. Характерной чертой большинства работ, выполняемых в области химии и физики наноструктур на поверхности блочных подложек являются проблемы, связанные с изучением состава и особенностей строения анализируемых соединений. Дело в том, что при изучении данных объектов, как правило, имеют дело минимальным, на уровне долей и единиц монослоев количеством вещества. Подобный анализ проводят с применением ряда весьма сложных е аппаратурном отношении физических методов, таких как Оже и рентгенофотоэлектронная спектроскопии. Однако особую привлекательность имеет использование методов оптической спектроскопии в УФ, видимой и ИК областях спектра как методов, наиболее простых и распространенных в практике научных и производственных лабораторий. Очевидно, что данные методы должны быть адаптированы к анализу очень малого количества вещества, и эффективно может применяться только часть из известных методик регистрации спектров. ДО 6, 7. УФ, видимой и ИК областях спектра. Пс нашему мнению, определить оптимальные с точки зрения максимальной контрастности спектра условия регистрации можно путем анализа уравнений Френеля, описывающих взаимодействие электромагнитного излучения оптического диапазона и вещества нанослоя на поверхности подложки. Согласно этим уравнениям 8 отражение и преломление световой волны на границе раздела двух прозрачных изотропных сред интенсивности отраженной и преломленной волн можно определить по формулам 1. Где , , и амплитудные коэффициенты отражения и поглощения и р поляризованного света. Данные уравнения могут быть использованы и для описания отражения и преломления света на границе раздела прозрачной и изотропной поглощающей сред. Его действительная часть л показатель преломления будет определять скорость распространения световой волны в веществе, а мнимая часть к коэффициент поглощения затухание волны. Если на границе раздела двух сред присутствует, как показано на рис.