ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ LaCrO₃ ИЗ ГЛИЦИН-НИТРАТНОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА

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.

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.