Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ LaCrO3 ИЗ ГЛИЦИН-НИТРАТНОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.071-087

Полный текст:

Аннотация

Работа посвящена разработке методов синтеза нанодисперсных материалов. Предложен новый энергоэффективный подход к синтезу нанодисперсного LaCrO3 (размер кристаллитов 350 Å, удельная поверхность 27 м2 /г) методом горения в одну стадию без дополнительной стадии высокотемпературного прокаливания с низким содержанием примесей. Этот подход заключается в получении твердофазных глицин-нитратных предшественников, их прессовании и последующем разложении в режиме послойного горения. На основе данных элементного анализа и инфракрасной спектроскопии установлены основные типы взаимодействия компонентов в составе Cr- и LaCr-содержащих предшественников в зависимости от способа их получения. Впервые изучено влияние добавления водного раствора аммиака в состав предшественников и представлены результаты данного исследования, которые позволили проинтерпретировать данные их термического анализа. Полученные продукты горения анализировали рядом физико-химических методов: рентгенофазовый анализ, инфракрасная спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, термический анализ, измерение удельной поверхности. Установлено, что состав предшественника, режим и скорость горения определяют дисперсность и чистоту формирующейся оксидной фазы. В режиме послойного горения продукт формируется при более высокой температуре, что обеспечивает высокий выход хорошо окристаллизованной фазы перовскита по сравнению с режимом объемного горения. Показано негативное влияние введения раствора аммиака в состав Cr-предшественника на фазовый состав продукта горения, которое приводит к формированию соединений с более высокой температурой начала термолиза. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе материалов твердооксидных топливных элементов, нового поколения фотокатализаторов и фотоэлектродов для получения водорода под видимым светом, мембран, а также катализаторов широкого ряда процессов.

 

Об авторах

В. И. Симагина
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
д-р хим. наук, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией исследования гидридных соединений


О. В. Комова
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории исследования гидридных соединений


О. В. Нецкина
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
канд. хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории исследования гидридных соединений


Г. В. Одегова
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник лаборатории спектральных методов


О. А. Булавченко
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории структурных методов исследования


А. В. Ищенко
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
канд. хим. наук, инженер лаборатории структурных методов исследования


Список литературы

1. Viswanathan, B. CO oxidation and NO reduction on perovskite oxides [Text] / B. Viswanathan // Catalysis Reviews. – 1992. – Vol. 34. – No 4. – P. 337–354.

2. Russo, N. Studies on the redox properties of chromite perovskite catalysts for soot combustion [Text] / N. Russo [et al.] // Journal of Catalysis. – 2005. – Vol. 229. – No 2. – P. 459–469.

3. Rida, K. Effect of strontium and cerium doping on the structural characteristics and catalytic activity for C3H6 combustion of perovskite LaCrO3 prepared by solgel [Text] / K. Rida [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. – 2008. – Vol. 84. – No 3–4. – P. 457–467.

4. Shi, J. Hydrothermal synthesis of Na0.5La0.5TiO3- LaCrO3 solid-solution single-crystal nanocubes for visible-light-driven photocatalytic H2 evolution [Text] / J. Shi [et al.] // Chemistry - A European Journal. – 2011. – Vol. 17. – No 28. – P. 7858–7867.

5. Shi, J. LaTiO2N-LaCrO3: Continuous solid solutions towards enhanced photocatalytic H2 evolution under visible-light irradiation [Text] / J. Shi [et al] // Dalton Transactions. – 2017. – Vol. 46. – No 32. – P. 10685–10693.

6. Pan, G.-T. The study of photoelectrochemical properties of LaMnO3, LaFeO3, LaCrO3, and LaNiO3 photoelectrodes for hydrogen production [Text] / G.-T. Pan [et al.] // Clean Technologies and Environmental Policy. – 2017. – Vol. 19. – No 5. – P. 1557–1565.

7. Qi, H. Preparation, characterization and electrical properties of Ca and Sr doped LaCrO3 [Text] / H. Qi [et al.] // Inorganic Chemistry Communications. – 2016. – No 66. – P. 33–35.

8. Hilpert, K. Defect formation and mechanical stability of perovskites based on LaCrO3 for solid oxide fuel cells (SOFC) [Text] / K. Hilpert [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. – 2003. – Vol. 23. – No 16. – P. 3009–3020.

9. Jiang, S.P. Electrical conductivity and performance of doped LaCrO3 perovskite oxides for solid oxide fuel cells [Text] / S.P. Jiang [et al.] // Journal of Power Sources. – 2008. – Vol. 176. – No 1. – P. 82–89.

10. Fergus, J.W. Lanthanum chromite-based materials for solid oxide fuel cell interconnects [Text] / J.W. Fergus // Solid State Ionics. – 2004. – Vol. 171. – No 1–2. – P. 1–15.

11. Sutka, А. Sol–gel auto-combustion synthesis of spinel-type ferrite nanomaterials [Text] / А. Sutka, G. Mezinskis // Frontiers of Materials Science. – 2012. – Vol. 6. – No 2. – P. 128–141.

12. Mukasyan, A.S. Novel approaches to solutioncobustion synthesis of nanomaterials [Text] / A.S. Mukasyan, P. Dinka // International journal of selfpropagation high-temperature synthesis. – 2007. – Vol. 16. – No 1. – P. 23–25.

13. Mukasyan, A.S. Solution combustion synthesis of nanomaterials [Text] / A.S. Mukasyan, P. Epstein, P. Dinka // Proceedings of the Combustion Institute. – 2007. – Vol. 31. – No 2. – P. 1789–1795.

14. Kingsley, J.J. Combustion synthesis of perovskite LnCrО3 powders using ammonium dichromate [Text] / J.J. Kingsley, L.R. Pederson // Materials Letters. – 1993. – Vol. 18. – No 1–2. – P. 89–96.

15. Manukyan, K.V. Solution сombustion synthesis of nano-crystalline metallic materials: mechanistic studies [Text] / K.V. Manukyan [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. – 2013. – Vol. 117. – No 46. – P. 24417−24427.

16. Guo, Q. Novel solid metal–organic self– propagation combustion for controllable synthesis of hierarchically porous metal monoliths [Text] / Q. Guo [et al.] // Journal of Materials Chemistry A. – 2015. – Vol. 3. – No 19. – P. 10179–10182.

17. Zupan, K. Combustible precursor behaviour in the lanthanum chromite formation process [Text] / K. Zupan, M. Marinšek, B. Novosel // Materials and technology. – 2011. – Vol. 45. – No 5. – P. 439–445.

18. Komova, O.V. A solid glycine-based precursor for the preparation of La2CuO4 by combustion method [Text] / O.V. Komova [et al.] // Ceramics International. – 2014. – Vol. 41. – No 1. – Part B. – P. 1869–1878.

19. Komova, O.V. A modified glycine–nitrate combustion method for one-step synthesis of LaFeO3 [Text] / O.V. Komova [et al.] // Advanced Powder Technology. – 2016. – Vol. 27. – No 2. – P. 496–503.

20. Hwang, С.С. Combustion synthesis of Ni–Zn ferrite by using glycine and metal nitrates–investigations of precursor homogeneity, product reproducibility, and reaction mechanism [Text] / С.С. Hwang, J-S. Tsai, T-H. Huang // Materials Chemistry and Physics. – 2005. – Vol. 93. – No 2–3. – P. 330–336.

21. Shin, H.-C. Preparation of La0.84Sr0.16CrO3 powders by pH-controlled glycine-nitrate process [Text] / H.-C. Shin [et al.] // Japanese Journal of Applied Physics Part 2: Letters. – 1996. – Vol. 35. – No 8 Part A. – P. L996–L998.

22. Md Gazzali, P.M. Structural and magnetic properties of ultrafine magnesium ferrite nanoparticles [Text] / P.M. Md Gazzali [et al.] // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 938. – P. 128–133.

23. Peng, T.Y. Effect of acidity on the glycinenitrate combustion synthesis of nanocrystalline alumina powder [Text] / T.Y. Peng // Materials Research Bulletin. – 2006. – Vol. 41. – No 9. – P. 1638–1645.

24. Mohebbi, H. Synthesis of nano-crystalline (Ni/NiO)-YSZ by microwave-assisted combustion synthesis method: The influence of pH of precursor solution [Text] / H. Mohebbi, T. Ebadzadeh, F.A. Hesari // Journal of Power Sources. – 2008. – Vol. 178. – No 1. – P. 64–68.

25. Shanmugavani, A. Influence of pH and fuels on the combustion synthesis, structural, morphological, electrical and magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles [Text] / A. Shanmugavani [et al.] // Materials Research Bulletin. – 2015. – Vol. 71. – P. 122–132.

26. Salem, S. Application of autoignition technique for synthesis of magnesium aluminate spinel in nano scale: Influence of starting solution pH on physico-chemical characteristics of particles [Text] / S. Salem // Materials Chemistry and Physics. – 2015. – Vol. 155. – P. 59–66.

27. Carp, O. Thermal decomposition of some copper-iron polynuclear coordination compounds containing glycine as ligand, precursors of copper ferrite [Text] / O. Carp [et al.] / Thermochimica Acta. – 2006. – Vol. 449. – No 1–2. – P. 55–60.

28. Gingasu, D. Copper ferrite obtained by two “soft chemistry” routes [Text] / D. Gingasu [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2006. – Vol. 425. – No 1– 2. – P. 357–361.

29. Choudhury, R.R. Structural phase transition in ferroelectric glycine silver nitrate [Text] / R.R. Choudhury [et al.] // Solid State Communications. – 2008. – Vol. 145. – No 7–8. – P. 407–412.

30. Ghazaryan, V.V. Crystal structures and vibrational spectra of novel compounds with dimeric glycine glycinium cations [Text] / V.V. Ghazaryan, M. Fleck, A.M. Petrosyan // Journal of Molecular Structure. – 2010. – Vol. 977. – No 1. – P. 117–129.

31. Straughan, B.P. Preparations and structures of some Tris(aquo)-hexa-μ-glycinato-μ3-oxo complexes, [Cr3Fe3−n(μ3-O)(glycine)6(H2O)3](NO3)7∙xH2O [Text] / B.P. Straughan, O.M. Lam // Inorganica Chimica Acta. – 1985. – Vol. 98. – No 1. – P. 7–10.

32. Bryan, R.F. The crystal and molecular structure of tris(glycinato)chromium(III) monohydrate, Cr(C2H4NO2)3 H2O [Text] / R.F. Bryan [et al.] // Inorganic Chemistry. – 1971. – Vol. 10. – No 7. – P. 1468–1473.

33. Tompsett, G.A., Characterisation of the SOFC material, LaCrO3, using vibrational spectroscopy [Text] / G.A. Tompsett, N.M. Sammes // Journal of Power Sources. – 2004. – Vol. 130. – No 1–2. – P. 1–7.

34. Infrared study of the formation and stability of La2O2CO3 during the oxidative coupling of methane on La2O3 [Text] / T. Le Van // Journal of Catalysis. – 1993. – Vol. 142. – No 1. – P. 18–26.

35. Bernal, S. Chemical Reactivity of Binary Rare Earth Oxides // Binary Rare Earth Oxides [Text] / Editors: G. Adachi, N. Imanaka, Z.C. Kang. – Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, – 2005. – P. 9–55.


Для цитирования:


Симагина В.И., Комова О.В., Нецкина О.В., Одегова Г.В., Булавченко О.А., Ищенко А.В. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ LaCrO3 ИЗ ГЛИЦИН-НИТРАТНОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(25-27):71-87. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.071-087

For citation:


Simagina V.I., Komova O.V., Netskina O.V., Odegova G.V., Bulavchenko O.A., Ishchenko A.V. ENERGY-EFFICIENT METHOD OF LaCrO3 PREPARATION FROM GLYCINE-NITRATE PRECURSOR. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(25-27):71-87. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.071-087

Просмотров: 116


ISSN 1608-8298 (Print)