Диссертация (1150416)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиКуклоЛеонид ИгоревичСИНТЕЗ ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА (III) И КОМПОЗИТОВ НАОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ МАГНЕТИТА И МАГГЕМИТА МЕТОДАМИИОННОГО И ИОННО-КОЛЛОИДНОГО НАСЛАИВАНИЯспециальность 02.00.21 — химия твёрдого телаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата химических наукНаучный руководитель:д.х.н., профессор В. П. ТолстойСанкт-Петербург 20172СодержаниеВведение .......................................................................................................................... 4ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................
7I.1. Условия послойного синтеза в растворах реагентов слоёв, содержащихоксиды железа ............................................................................................................ 7I.2. Химические свойства феррата калия и области его применения ........... 20ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ .................................................... 29II.1.
Методическая часть....................................................................................... 29II.1.1. Методики стандартизации поверхности подложек ................................ 29II.1.2. Методики приготовления растворов ........................................................ 30II.1.3.
Методики синтеза слоёв ............................................................................ 32II.1.4. Методики исследования синтезированных слоёв ................................... 33II.2. Разработка экспериментальных лабораторных установок синтезаслоёв методами ИН и ИКН ................................................................................... 35II.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение.................................. 39II.3.1. Синтез методом ИН двойных оксидов железа (III) с использованием вкачестве реагентов раствора K2FeO4 и раствора одной из солей переходныхметаллов или суспензии Fe(OH)3.........................................................................
39II.3.1.1. Синтез Mn2FeOx∙nH2O с использованием растворов Mn(OAc)2 иK2FeO4................................................................................................................. 40II.3.1.2. Синтез Co2,4FeOy·nH2O с использованием растворов Co(OAc)2 иK2FeO4.................................................................................................................
46II.3.1.3. Синтез Ce1,1FeOx·nH2O с использованием растворов Ce(NO3)3 иK2FeO4................................................................................................................. 51II.3.1.4. Синтез Fe2O3·nH2O с использованием растворов K2FeO4 и(NH4)2Fe(SO4)2....................................................................................................
55II.3.1.5. Синтез методом ИН нанослоёв Cu0,9FeOx·nH2O с использованиемаммиачного раствора Cu(OAc)2 и раствора K2FeO4 ...................................... 593II.3.1.6. Синтез методом ИН нанослоёв Y1,3FeOx·nH2O с использованиемрастворов Y(OAc)3 и K2FeO4 ............................................................................ 64II.3.1.7. Синтез Fe2O3·nH2O и Fe2O3-MOx·nH2O с использованием раствораK2FeO4 и водных суспензий Fe(OH)3 или FeMx(OH)y (M = Y, Ga, In, Zr) .... 67II.3.2. Синтез методом ИКН композитов Fe3O4@Fe(CN)6∙nH2O,Fe3O4@ZrOx(CO3)y∙nH2O и Fe3O4@MOx∙nH2O [M = Mo(VI), V(V), Cu(II)] ......
71II.3.2.1. Синтез композитов Fe3O4@Fe(CN)6·nH2O с использованием вкачестве реагентов слабокислого коллоидного раствора Fe3O4 и раствораK3[Fe(CN)6] или K4[Fe(CN)6]. ........................................................................... 73II.3.2.2. Синтез Fe3O4@ZrOx(CO3)y∙nH2O с использованием слабокислогоколлоидного раствора Fe3O4 и карбонатного раствора ZrOCl2.
................... 78II.3.2.3. Синтез Fe3O4@V2O5∙nH2O с использованием слабокислогоколлоидного раствора Fe3O4 и раствора NH4VO3 ......................................... 81II.3.2.4. Синтез Fe3O4@MoO3∙nH2O с использованием слабокислогоколлоидного раствора Fe3O4 и раствора (NH4)2MoO4 ................................... 84II.3.2.5. Синтез Fe3O4@CuO∙nH2O с использованием слабощелочногоколлоидного раствора Fe3O4 и аммиачного раствора Cu(OAc)2 .................. 87II.3.3. Синтез методом ИКН композитов γ-Fe2O3@CuO∙nH2O иγ-Fe2O3@Fe(CN)6∙nH2O .........................................................................................
91II.3.3.1. Обоснование методики получения коллоидного раствора γ-Fe2O3путём окисления наночастиц Fe3O4 в растворе K2FeO4................................. 91II.3.3.2. Синтез γ-Fe2O3@Fe(CN)6∙nH2O с использованием слабокислогоколлоидного раствора γ-Fe2O3 и раствора K4[Fe(CN)6] ............................... 94II.3.3.3. Синтез γ-Fe2O3@CuO∙nH2O с использованием слабощелочногоколлоидного раствора γ-Fe2O3 и аммиачного раствора Cu(OAc)2 ...............
96II.4. Примеры применения синтезированных слоёв для решения прикладныхзадач ........................................................................................................................... 99III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .................................................. 105Список литературы...................................................................................................
1074ВведениеСреди возможных методических приемов в препаративной химии твёрдоготела важное место занимают методы так называемого послойного синтеза илидругими словами послойной “химической сборки”. К группе таких методовпринадлежат метод ионного наслаивания (ИН), основанный на последовательноми многократном проведении на поверхности подложек в растворах реагентовреакций адсорбции катионов и анионов, образующих в ходе реакции слойтруднорастворимого соединения, и метод ионно-коллоидного наслаивания (ИКН),отличающийся от метода ИН тем, что в качестве одного из реагентов вместораствора соли используют коллоидный раствор или суспензию наносимоговещества. Англоязычными названиями данных методов, как известно, являютсяSuccessive Ionic Layer Deposition (SILD), Successive Ionic Layer Adsorption andReaction (SILAR) и Layer-by-Layer synthesis (LbL).Между тем, анализ литературы показывает, что существует сравнительноограниченное число работ посвященных применению методов ИН и ИКН дляполучения слоёв оксидов железа, включая двойные оксиды железа (III) икомпозиты на основе оксидов железа.
Среди таких публикаций следует отметитьработы, в которых слоиполучают в результате проведения на поверхностиподложки последовательных реакций гидролиза солей железа (III) или окислениясолей железа (II) растворами H2O2 или кислородом воздуха, а также работы посинтезу слоёв в результате реакций между наночастицами оксида железа имолекулами полиэлектролитов. По нашему мнению, возможности послойногосинтеза таких слоёв могут быть существенно расширены за счет использованияновых реагентов, в частности соли K2FeO4, водный раствор которой является, какизвестно, наиболее устойчивым раствором, содержащим феррат-анионы. Приэтом важно, чтобы среди изучаемых объектов были и слои композитов,содержащие в своем составе наночастицы Fe3O4 или γ-Fe2O3 с кристаллическимиструктурами подобными, соответственно, магнетиту и маггемиту, поскольку5данные соединения обладают практически важными, например магнитными,свойствами.Кроме развития новых подходов к синтезу слоёв оксидов железа икомпозитов на их основе представляет интерес и изучение их свойств в составеразличных функциональных материалов, так как данные соединения наряду смагнитными проявляют множество и других представляющих интерес дляпрактики свойств, в частности, электрохимических в составе электродов сенсорови источников тока, каталитических, бактерицидных и др.Данная работа выполнена в соответствии с планами грантов СПбГУ №12.38.259.2014 “Мультислои неорганических соединений, получаемые в условияхпрограммируемого послойного синтеза, как основа для создания новогопоколения многофункциональных и интеллектуальных наноматериалов” и РФФИ№ 15-03-08045 “Программируемый послойный синтез моно- и биметаллическихнаноструктур серебра и золота и исследование их оптических, бактерицидных,фото- и электрокаталитических свойств”.Целью настоящей работы являлось обоснование условий синтеза методамиИН и ИКН двойных оксидов железа (III) и композитов на основе наночастицмагнетитаимаггемита,атакжеизучениевозможностиприменениясинтезированных соединений в качестве функциональных материалов, вчастностисуперпарамагнитныхиантибактериальныхпокрытый,электроактивных веществ электродов суперконденсаторов и электрохимическихсенсоров для определения концентрации пероксида водорода.Для достижения этой цели последовательно решались следующие задачи:1.
Создание и испытание новых лабораторных установок для послойного синтезананоматериалов методами ИН и ИКН.2. Обоснование условий синтеза и определение возможного круга наносимыхметодом ИН нанослоёв с участием в качестве одного из реагентов водногораствора K2FeO4.3. Обоснование новой методики синтеза наночастиц γ-Fe2O3.64. Обоснование условий синтеза и определение возможного круга наносимыхметодом ИКН слоёв композитов, содержащих наночастицы Fe3O4 или γ-Fe2O3.5.
Изучение возможности применения синтезированных соединений в качествесуперпарамагнитных и антибактериальных покрытый, электроактивных веществэлектродов суперконденсаторов и электрохимических сенсоров для определенияконцентрации пероксида водорода.7ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫI.1.Условияпослойногосинтезаврастворахреагентовслоёв,содержащих оксиды железаОксисоединения железа, как известно, обладают многими практическиважными свойствами и представляют интерес с точки зрения получения новыхмагнитных материалов [1], в том числе при создании элементов памяти [2],фотокатализаторов [3], эффективных сорбентов [4] и др.Среди методов синтеза таких оксидов используют керамический [5],соосаждения труднорастворимых гидроксидов в растворах с последующимпрогревом на воздухе [6], глицин-нитратный [7], золь-гель [8], гидротермальный[9] и др.
При синтезе тонкослойных покрытий, содержащих оксиды железа восновном используются методы лазерного распыления [10-12], золь-гель [13-15],химического осаждения [16] и послойного (Layer-by-Layer) синтеза, включаяметодики ИН [17] и ИКН [18].Так, например, при синтезе методами золь-гель и химического осажденияприменяют одностадийную обработку подложки в растворе смеси реагентов и этаособенность даёт возможность получать слой по наиболее простой методике.Данная особенность, несомненно, во многом определила эффективностьприменения этих методов при решении задач создания практически важныхфункциональных материалов.В то же время в препаративной химии твёрдого тела существует ряд задач,которые не могут быть решены с использованием отмеченных методов, и к нимотносятся, в частности, задача создания покрытий с прецизионно заданнойтолщиной или задача синтеза мультислоёв, состоящих из чередующихся слоёвразличного состава.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
