Випускна кваліфікаційна робота
протонуванням, гідратація і фотокаталітична активність шаруватого перовскітоподобного оксиду K 2 La 2 Ti 3 O 10
Введення
заміщення шаруватий оксид
Шаруваті перовскітоподобние оксиди завдяки своїй структурі і властивостям, серед яких здатність до іонного обміну і інтеркаляції, є широко досліджуваним класом сполук. Серед них є речовини, що володіють поруч практично значущих властивостей, у тому числі, надпровідністю, колосальним магнетоопором, каталітичної і фотокаталітичною активністю. Значимість цих властивостей, пов'язана зі спробами зменшити втрати електроенергії, пошуками способів використання сонячного випромінювання як джерело енергії та ін., Робить доцільним детальне вивчення хімії подібних з'єднань і процесів, що відбуваються з ними в умовах експлуатації.
Шаруватий оксид K 2 La 2 Ti 3 O 10 є одним з ефективних фотокаталізаторів розкладання води з виділенням водню під дією УФ-світла. Він здатний до оборотної інтеркаляції молекул води в межслоевое простір, а при обробці розчином кислоти в ньому відбувається іонний обмін K + на H +.
Ці процеси призводять до зміни складу шаруватого оксиду та його структури за рахунок зміни відстані між перовскітним шарами, а значить, і до зміни властивостей K 2 La 2 Ti 3 O 10. Це означає, що регулюючи ступінь заміщення і інтеркаляції, можна створювати умови, найбільш вигідні для досліджуваного процесу, в тому числі і фотокаталізу. Для цього необхідно знати, при яких значеннях pH відбувається іонний обмін K + на H + в K 2 La 2 Ti 3 O 10, і які діапазони стійкості відповідних фаз.
Метою даної роботи було дослідження стійкості шаруватого оксиду K 2 La 2 Ti 3 O 10 по відношенню до заміщення міжшарових катіонів калію на протони у водному розчині.
У завдання роботи входило:
1. Визначення діапазону pH, в якому проходить обмін K + на H + методом безперервного потенціометричного титрування
2. Визначення елементного і фазового складу зразків, отриманих при різних рН, методами РФА, ТГА, АЕС-ІСП, СЕМ
. Визначення фотокаталітичною активності зразків з різним ступенем заміщення
1. Огляд літератури
.1 Шаруваті перовскітоподобние оксиди
1.1.1 Структура шаруватих перовскітоподобних оксидів
Рис. 1 Структура CaTiO 3
перовскітах - це змішані оксиди, фториди або нітриди металів із загальною формулою ABX 3, де A - катіон металу групи s-, d- або f-елементів, B - катіон малорозмірного перехідного металу, а X= O, F, N [1]. Елементарна комірка таких з'єднань складається з октаедрів аніонів X із загальними вершинами, в центрах яких знаходяться катіони перехідного металу B (октаедри BX 6), катіони А займають позиції в центрі кубооктаедра з атомів Х (рис. 1).
Така структура збігається зі структурою мінералу перовскіту (CaTiO 3), звідки і отримали свою назви перовскітоподобние оксиди.
Шаруваті перовскітоподобние оксиди - це сполуки, які з перовскітним шарів чергуються з шарами, що мають іншу структуру. За кількістю кисневих октаедрів n між двома шарами іншої структури розрізняють одно-, двох-, трьох- і більше шарові перовскіту (рис. 2).
Рис. 2 Шаруваті перовскітоподобние оксиди з різною кількістю перовскітним шарів.
В залежності від структури межслоевой простору розрізняють три основних типи шаруватих перовскітоподобних оксидів: фази Діона-Якобсона (а), Аурівіліуса (б) і Раддлесдена-Поппера (в) (рис. 3).
(а) (б) (в)
Рис. 3 Основні типи шаруватих перовскітоподобних оксидів: фази Діона-Якобсона (а), Аурівіліуса (б) і Раддлесдена-Поппера (в).
Фази Раддлесдена-Поппера мають загальну формулу A n + 1 B n O 3n + 1. Для цих структур характерне чергування перовскітним шарів (товщиною в n октаедрів) з шарами, що мають структуру кам'яної солі. У випадку, коли n? 2 для катіонів А існує дві нееквівалентні позиції: дев'яти-і двенадцатікоордінірованние.
З'єднання, що відносяться до фаз Аурівіліуса описуються загальною формулою A n - 1 Bi 2 В n O 3n + 3. У їх кристалічній структурі має місце чергування n перовскітоподобних шарів з шарами, що мають структуру флюориту, утвореними іонами вісмуту і кисню, тому склад і структуру фаз Аурівілліуса також мож...
