Email this article 
Синтез и исследование систем La2O3–SiO2, полученных на основе каолина или тетраэтоксисилана
- Authors: Нифталиев С.И.1, Кузнецова И.В.1, Лыгина Л.В.1, Пономарева Н.И.2, Плотникова С.Е.1, Миронов С.С.1, Ким К.Б.1, Чан Н.1
-
Affiliations:
- Воронежский государственный университет инженерных технологий
- Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
- Issue: Vol 50, No 4 (2024)
- Pages: 389-397
- Section: Articles
- URL: https://rjonco.com/0132-6651/article/view/681524
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665124040032
- EDN: https://elibrary.ru/QCBXZI
- ID: 681524
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
Синтезированы системы La2O3–SiO2 из каолина и тетраэтоксисилана. Термодекструкция образов после лиофильной сушки при нагревании до 1000 °С изучалась методами термогравиметрии и дифференциально-сканирующей калориметрии. Морфология образцов исследована методами электронной микроскопии и динамического светорассеяния, кислотно-основные свойств поверхности определяли индикаторным методом. В процессе нагревания образцов в интервале 25–600 °С обнаружены эндотермические эффекты, сопровождающиеся потерей массы. Структура образца из каолина неоднородная, наночастицы (10 нм) оксида лантана находятся на поверхности микрочастиц (220–270 нм) оксида кремния. Образец, полученный из тетраэтоксисилана, имеет однородную наноструктуру с размерами частиц 5–13 нм, но отличается менее интенсивными значениями сорбции на кислотных центрах Бренстеда (рКа 1.7, 3.46) по сравнению с образцом из каолина. Это связано с получением системы La2O3–SiO2 уже в растворе и блокировкой силанольных групп на поверхности оксида кремния. Значительное увеличение удельной адсорбции при рКа 9.2 как для образцов из каолина, так и образцов из тетраэтоксисилана доказывает существование ионов металла La3+ и гидроксогрупп ОН-- на поверхности оксида кремния.
Full Text
About the authors
С. И. Нифталиев
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
И. В. Кузнецова
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Author for correspondence.
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
Л. В. Лыгина
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
Н. И. Пономарева
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, ул. Студенческая 10
С. Е. Плотникова
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
С. С. Миронов
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
К. Б. Ким
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
Ньят Ань Чан
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Email: kuznetsovaiv@mail.ru
Russian Federation, 394036, Воронеж, пр. Революции 19
References
- Niftaliev S. I., Kuznetsova I. V., Zvereva I. A., Lygina L. V., Sinelnikov A. A., Saranov I. A., Kim K. B., Chernenko S. S. Silicon Oxide Modified with Gadolinium and Europium Oxides – Synthesis, Properties and Application Prospects // Glass Physics and Chemistry. 2023. V. 49. N. 2. P. 150–159.
- Jiang F., Cheng L., Wei H., Wang Y. Hot corrosion behavior of Lu2SiO5 and La2SiO5 in a molten Na2SO4 environment : a first-principles corrosion resistance investigation // Ceram. Int. 2019. V. 45. N. 12. 15532–15537.
- Bondar I.A. Rare-earth silicates // Ceram. Int. 1982. V. 8. N. 3. P. 83–89.
- Tzvetkov G., Minkova N. Mechanochemically induced formation of La2SiO5 // J. Mater. Sci. 2000. V. 35 P. 2435–2441, https://doi.org/10.1023/A:1004705332191.
- Fukuda K., Iwata T., Champion E. Crystal structure of lanthanum oxyorthosilicate La2SiO5 // Powder Diffr. 2006. V.21. P. 300–303, https://doi.org/10.1154/1.2383066.
- Felsche J. The crystal chemistry of the rare-earth silicates // Struct. Bond. 1973. P. 99–197. https://doi.org/10.1007/3-540-06125-8-3.
- Leskela M., Jyrkas K. Effect of flux materials on the reaction of Y2O3 and SiO2 // J. Am. Ceram. Soc. 1987. V.70 P. 160–161. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1987.tb05695.x.
- Fukuda K., Asaka T., Hamaguchi R., Suzuki T., Oka H., Berghout A., Béchade E., Masson O., Julien I., Champion E., Thomas P., Oxide-Ion conductivity of highly caxis oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystal formed by reactive diffusion between La2SiO5 and La2Si2O7 // Chem. Mater. 2011. V. 23. P. 5474–5483. https://doi.org/10.1021/cm2029905.
- Fukuda K., Watanabe R., Oyabu M., Hasegawa R., Asaka T., Yoshida H., Oxide-Ion conductivity enhancement of polycrystalline lanthanum silicate oxyapatite induced by BaO doping and grain alignment //Cryst. Growth Des. 2016. V. 16. P. 4519–4525. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b00638.
- Fukuda K., Asaka T., Hara M., Oyabu A., Berghout E., Béchade O., Masson, I., Julien, P. Thomas. Crystal structure and oxide-ion conductivity along c-axis of Sideficient apatite-type lanthanum silicate//Chem. Mater. 2013. V.25. P. 2154–2162, https://doi.org/10.1021/cm400892p.
- Fukuda K., Hasegawa R., Kitagawa T., Nakamori H., Asaka T., Berghout A., Béchade E., Masson O., Jouin J., Thomas P. Well-aligned polycrystalline lanthanum silicate oxyapatite grown by reactive diffusion between solid La2SiO5 and gases [SiO+1/2O2] // J. Solid State Chem. 2016. V. 235. P. 1 – 6. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.12.007.
- Ide S., Takahashi H., Yashima I., Suematsu K., Watanabe K., Shimanoe K., Effect of boron substitution on oxide-ion conduction in c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate// J. Phys. Chem. 2020. V. 124. P. 2879–2885. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b11454.
- Christensen, A.N., Hazell, R.G., Hewat, A.W., Fondo, M., Gómez-Fórneas, E., McAuliffe, C.A., Styring, S., Tommos, C., Warncke, K., Wood, B.R. Synthesis, crystal growth and structure investigations of rare-earth disilicates and rare-earth oxyapatites // Acta Chem. Scand. 1997. V. 51 P. 37–43. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.51-0037.
- Fukuda K., Iwata T., Champion E., Crystal Structure of Lanthanum Oxyorthosilicate, La2SiO5 // Powder Diffract. 2006. V. 21. N 4. P. 300 – 303. https://doi.org/10.1154/1.2383066.
- Brandle C.D., Valentino A.J., Berkstresser G.W., Czochralski growth of rare-earth orthosilicates (Ln2SiO5) // J. Cryst. Growth. 1986. V.79. P.308–315. https://doi.org/10.1016/0022-0248(86)90454-9.
- Kobayashi K., Hirai K., Suzuki T.S., Uchikoshi T., Akashi T., Sakka Y., Sinterable powder fabrication of lanthanum silicate oxyapatite based on solid-state reaction method // J. Ceram. Soc. Japan. 2015. V. 123 P. 274–279. https://doi.org/10.2109/jcersj2.123.274.
- Sakao, M., Ishihara, T., Yoshioka, H., Fabrication and ionic conductivity of oriented lanthanum silicate films with apatite-type structure // Solid State Ionics. 2016. V. 293 P. 51–55. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2016.05.018.
- Fukuda K., Asaka T., Uchida T., Thermal expansion of lanthanum silicate oxyapatite (La9.33+2x(SiO4)6O2+3x), lanthanum oxyorthosilicate (La2SiO5) and lanthanum sorosilicate (La2Si2O7) // J. Solid State Chem. 2012. V. 194. P. 157 – 161. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2012.04.043.
- Meradi H., Atoui L., Bahloul L., Boubendira K., Bouazdia A., Ismail F., Characterization by thermal analysis of natural kieselguhr and sand for industrial application // Energy Procedia 2015. V. 74 P. 1282–1288. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.773.
- Nakayama S., Kageyama T., Aono H., Sadaoka Y., Ionic conductivity of lanthanoid silicates, Ln10(SiO4)6O3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd, Dy, Y, Ho, Er and Yb) // J. Mater. Chem. 1995. V. 5 P. 1801 – 1805. https://doi.org/10.1039/jm9950501801.
- Béchad E., Julien I., Iwata T., Masson O., Thomas P., Champion E., Fukuda K. Synthesis of lanthanum silicate oxyapatite materials as a solid oxide fuel cell electrolyte // J. Eur. Ceram. Soc. 2008. V. 28 P. 2717–2724. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.03.045.
- Yoshioka H., Tanase S., Magnesium doped lanthanum silicate with apatite-type structure as an electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cells // Solid State Ionics 2005. V. 176 P. 2395–2398. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2005.06.026.
- Sansom J.E.H., Tolchard J.R., Islam M.S., Apperley D., Slater P.R. Si NMR studies of apatite-type oxide ion conductors // Solid state. 2006. V. 29. https://doi.org/10.1039/b600122j, ().
- Syzrantsev V.V., Mjakin S.V., Katashev P.A. Comparative Study of Surface Acid-Base Properties of SiO2 and Al2O3 Nanoparticles Prepared by Different Methods // Glass Phys Chem 48, 636–641 (2022). https://doi.org/10.1134/S1087659622800082
- Niftaliev S. I., Kuznetsova I. V., Lygina L.V., Tuneekov V. Yu., Saranov I. A., Tolkacheva A. A., Diallo A., Tuken T., Synthesis and study of nanosized gadolinium oxide modified by zirconium oxide, Solid State Sciences. 2020. V. 110. P. 106457. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106457.
- Кузнецова И.В., Гетманская М.В., Черненко С.С. Получение и исследование алюмосиликатного сорбента // Вестник ВГУИТ. 2021. Т. 83. № 1. С. 309–315. [ Kuznetsova I.V., Getmanskaya M.V., Chernenko S.S. Obtaining and research of aluminosilicate sorbent. // Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2021. vol. 83. no. 1. pp. 309–315. (in Russian). doi: 10.20914/2310-1202-2021-1-309-315 ]
- Niftaliev S. I., Kuznetsova I. V., Saranov I. A., Zhundrikova T. V., Lygina L. V., Tuneekov V. Yu., Chislova, I. V., Zvereva, I. A., Synthesis of Nanosized Gadolinium Oxide // Glass Physics and Chemistry. 2019. V. 45 No 3. P. 232 – 237. doi: 10.1134/S1087659619030064
Supplementary files
