SYNTHESIS, STRUCTURE AND THERMAL PROPERTIES OF SILICOPHOSPHATES OF ZIRCONIUM AND ALKALI METALS (K, Rb, Cs)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Silicophosphates A2Zr2SiO4(PO4)2 (A = K, Rb, Cs) with langbeinite mineral structure have been synthesized and investigated for the first time. The samples were characterized using XRD, IR spectroscopy, SEM and energy dispersive X-ray microanalysis. Single-phase silicophosphates were obtained at 800°C. Using the Rietveld method to clarify the crystal structure of Rb2Zr2SiO4(PO4)2 revealed that it is based on a three-dimensional framework composed of ZrO6 octahedra and (Si/P)O4 tetrahedra, with extra-framework alkali metal cations occupying isolated cavities. The stretching and deformation vibration bands of the SiO4- and PO4- tetrahedra were determined for these compounds. Correlations were revealed between the IR spectra and the nature of the A+ cation. The thermal stability of the silicophosphates up to 1200°C was confirmed by thermal X-ray diffraction and combined TG-DSC analysis. The linear thermal expansion coefficient of Cs2Zr2SiO4(PO4)2 was found to αa = 5.8 × 10−6 °C−1. The results obtained allow us to conclude that the studied silicophosphate materials are highly adapted to extreme temperature conditions.

About the authors

V. I Pet'kov

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: petkov@inbox.ru
Nizhny Novgorod, Russia

E. A Asabina

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Nizhny Novgorod, Russia

A. V Lapin

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Nizhny Novgorod, Russia

N. S Kulikova

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Nizhny Novgorod, Russia

A. S Ganov

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Лаверов Н.П., Величкин В.И., Омельяненко Б.И. и др. Изоляция отработавших ядерных материалов: геолого-геохимические основы / М.: ИФЗ РАН, 2008.
  2. Montel J.-M. // C.R. Geosci. 2011. V. 343. № 2–3. P. 230. https://doi.org/10.1016/j.crte.2010.11.006
  3. Donald I.W. Waste Immobilization in Glass and Ceramic Based Hosts: Radioactive, Toxic and Hazardous Wastes / Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2010. https://doi.org/10.1002/9781444319354
  4. Orlova A.I., Ojovan M.I. // Materials. 2019. V. 12. № 16. P. 2638. https://doi.org/10.3390/ma12162638
  5. Caurant D., Loiseau P., Majerus O. et al. / Glasses, Glass-Ceramics and Ceramics for Immobilization of Highy Radioactive Nuclear Wastes / Nova Publishers, 2009.
  6. Юдинцев С.В. // Радиохимия. 2021. Т. 63. № 5. С. 403. https://doi.org/10.31857/S0033831121050014
  7. Bohre A., Avasthi K., Pet’kov V.I. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 50. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2017.01.032
  8. Clavier N., Podor R., Dacheux N. // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. № 6. P. 941. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.12.019
  9. Scheetz B.E., Agrawal D.K., Breval E., Roy R. // Waste Manag. 1994. V. 14. № 2. P. 489. https://doi.org/10.1016/0956-053X(94)90133-3
  10. Daneshwaran B., Sathasivam Pratheep K. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 20. P. 28951. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.07.055
  11. Morozov V.A., Belik A.A., Stefanovich S.Yu. et al. // J. Solid State Chem. 2002. V. 165. № 2. P. 278. https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9521
  12. Зарипов А.Р., Орлова В.А., Петьков В.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2009. Т. 54. № 1. С. 47.
  13. Папынов Е.К., Шичалин О.О., Белов А.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 9. С. 1346. https://doi.org/10.31857/S0044457X21090117
  14. Седов В.А., Гляделова Я.Б., Асабина Е.А., Петьков В.И. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 291. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601602
  15. Тронев И.В., Шейченко Е.Д., Разворотнева Л.С. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 318. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601869
  16. Грищенко Д.Н., Медков М.А. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 8. С. 1042. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600366
  17. Кузнецова Е.С., Першина С.В., Кузнецова Т.А. // Журн. общей химии. 2023. Т. 93. № 10. С. 1633. https://doi.org/10.31857/S0044460X23100116
  18. Козлова Т.О., Хворостинин Е.Ю., Родионова А.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 11. С. 1515. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601207
  19. Gajda R., Zhang D., Parafiniuk J. et al. // IUCrJ. 2022. V. 9. P. 146. https://doi.org/10.1107/S2052252521012628
  20. Pet'kov V.I., Alekseev A.A., Asabina Е.А. et al. // Solid State Sci. 2024. V. 149. P. 107481. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2024.107481
  21. Орлова А.И., Корытцева А.К., Логинова Е.Е. // Радиохимия. 2011. Т. 53. № 1. С. 48.
  22. Соболев И.А., Ожован М.И., Щербатова Т.Д., Батюхнова О.Г. Стекла для радиоактивных отходов / М.: Энергоатомиздат, 1999.
  23. Фосфор в окружающей среде / Под ред. Гриффита Э. М.: Мир, 1977.
  24. Laszlo E. Titanium Ti. International Series of Monographs on Analytical Chemistry, Gravimetric Analysis / Ed. Laszlo E. Pergamon, 1965. V. 7. P. 459.
  25. Иванова И.В., Зайцева Н.А., Самигуллина Р.Ф. и др. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 10. С. 1331. https://doi.org/10.31857/S0044457X20100104
  26. Rietveld H.M. // Acta Crystallogr. 1967. V. 22. № 1. P. 151. https://doi.org/10.1107/S0365110X67000234
  27. Kim Y.I., Izumi F. // J. Ceram. Soc. Jpn. 1994. V. 102. P. 401. https://doi.org/10.2109/jcersj.102.401
  28. Izumi F. // The Rietveld Method. N.-Y.: Oxford University Press, 1993. Ch.13. P. 236. https://doi.org/10.1002/crat.2170300412
  29. Shannon R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  30. Wen C., Luo Z., Liang H. et al. // Appl. Phys. A. 2022. V. 128. № 1. P. 71. https://doi.org/10.1007/s00339-021-05219-9
  31. Cruickshank D.W.J. // J. Chem. Soc. 1961. P. 5486. https://doi.org/10.1039/JR9610005486
  32. Njema H., Boughzala K., Boughzala H., Bouzouita K. // J. Rare Earths. 2013. V. № 9. P. 897. https://doi.org/10.1016/s1002-0721(12)60376-7
  33. Орлова А.И., Орлова В.А., Бескровный А.И. и др. // Кристаллография. 2005. Т. 50. № 5. С. 820.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).