Том 68, № 7 (2023)

Проведен синтез нанооксида CeO₂ из нитрата церия(III) с использованием в качестве темплатов порошковой целлюлозы (ПЦ) и ее смеси с сахарозой. Удаление темплатов из композитов (ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃) осуществляли двумя способами: непосредственным выжиганием ПЦ (ПЦ-сахароза) в токе воздуха и выжиганием карбонизата после пиролиза темплатов. Методами УФ- и ИК-спектроскопии, рентгенофазового анализа (РФА) и электронной микроскопии исследовано влияние состава темплата и способа его удаления на физико-химические характеристики наночастиц CeO₂. Пиролизом композитов ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ синтезирован углерод-оксидный материал CeO₂/C. Установлено, что при пиролизе ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ в карбонизате формируются наночастицы CeO₂ (церианит) с размерами 3–4 и 1–2.5 нм соответственно. Средний диаметр наночастиц (по данным РФА) составляет 3.8 и 2.3 нм. В CeO₂/C, синтезированном из композита ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃, фиксируется присутствие оксида церия(III). Все наночастицы CeO₂ в углеродной матрице имеют гидроксильно-гидратный покров. Выжигание органической или углеродной матрицы композитов приводит, вне зависимости от используемого темплата и условий синтеза, к формированию наночастиц CeO₂ (церианит) с одинаковым средним диаметром 25 ± 1 нм (по данным РФА), содержащих примесь фазы Ce(III) и обладающих гидроксильно-гидратным покровом. Углерод в материале присутствует в следовых количествах (≤0.15 вес. %). Разброс наночастиц CeO₂ по размерам при выжигании ПЦ из композита ПЦ-Ce(NO₃)₃ составляет 15–30 нм. В тех случаях, когда выжиганию подвергается органическая составляющая из ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ или в процесс синтеза включается стадия пиролиза обоих композитов, наблюдается появление фракции более крупных частиц CeO₂ (50–60 нм). Корректность полученных данных подтверждена в ходе модельного процесса распада пероксида водорода.

Наночастицы Au, Fe и AuFe получены методом металло-парового синтеза с использованием ацетона в качестве дисперсионной среды. Состав и электронная структура частиц исследованы методами ПЭМ, СЭМ, РФЭС, XANES и EXAFS. Получены частицы Au и Fe со средним диаметром 5.3 и 1.8 нм соответственно. Методы рентгеновской диагностики показали, что золото в основном находится в состоянии Au⁰, а состояния Au⁺ и Au³⁺ присутствуют в небольших количествах, железо представляет собой смесь нестехиометрических оксидов с состояниями, близкими к Fe²⁺ и Fe³⁺. Биметаллические наночастицы являются твердым раствором с неупорядоченной структурой и связями Au–Fe–O и Au–O–Fe. Зарегистрировано наличие углеродсодержащей оболочки на всех типах металлических частиц. Полученные материалы могут быть перспективны для создания улучшенных противомикробных средств и новых методов лечения онкологических заболеваний.

Методами рентгенофазового анализа (РФА), рентгеновской фотоэлектронной (РФЭС) и мессбауэровской спектроскопии исследованы ионный и фазовый составы образцов порошкообразного феррограната Y_2.5Ce_0.5Fe_2.5Ga_2.5O₁₂, полученного методом сжигания геля с последующей кристаллизацией в вакууме и дополнительным отжигом в атмосфере воздуха при 750°С. По данным РФЭС и мессбауэровской спектроскопии, катионы железа и церия в структуре гомогенного феррограната стабилизированы в формальной степени окисления Fe³⁺. В то же время на поверхности частиц Y_2.5Ce_0.5Fe_2.5Ga_2.5O₁₂ наряду с Се³⁺ содержатся ионы Ce⁴⁺. Полученные результаты могут быть использованы при создании функциональных материалов для магнитооптических устройств нового поколения.

Взаимодействием нитратов цинка или редкоземельных элементов с мочевиной (Ur) в водном растворе получены координационные соединения [Zn(H₂O)₄(Ur)₂](NO₃)₂, [M(H₂O)₂(Ur)₂(NO₃)₃] (M = = Ce, Nd) и [Dy(H₂O)(Ur)₂(NO₃)₃]. С помощью элементного анализа, ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа определен их состав и установлены особенности строения. Для комплекса цинка обнаружен полиморфный переход при 181 K.

Предложен метод синтеза цеолитного имидазолатного каркаса на основе Fe(III) при различных соотношениях металл/линкер, который используется в качестве сорбента для извлечения ионов цинка(II) и меди(II). Для полученных материалов установлено, что частицы имеют гексагональную структуру и представляют собой микрогетерогенную систему со средним размером частиц 0.05–0.1 мкм. Получены изотермы адсорбции азота в порах Fe-ZIF. В результате их обработки найдены параметры пористой структуры синтезированных образцов. Исследована адсорбция ионов Cu²⁺ и Zn²⁺ из водных растворов при температуре 298.15 K и показана их высокая степень извлечения. Процесс адсорбции ионов меди и цинка во всех случаях является самопроизвольным. Максимальная степень заполнения активных центров поверхности достигает 0.96 и 0.71 для меди и цинка соответственно. Установлено протекание адсорбции в объеме энергетически однородного пористого адсорбента и преобладание в структуре 2-этилимидазолата железа(III) микропор.

Теоретически исследовано образование спиновых уровней при деформации кручения нехиральных (n, n) углеродных нанотрубок. В отсутствие механической деформации нанотрубки обладают инверсионной симметрией и металлическим типом зонной структуры с вырожденными по спину состояниями в области Ферми. Деформация кручения нарушает инверсионную симметрию, превращая трубку в хиральную систему. В результате из-за эффекта Рашбы полностью снимается вырождение уровней и формируются спиновые щели между зонами α- и β-типа.

Впервые исследован фазовый комплекс пятикомпонентной взаимной системы Li⁺,Na⁺,K⁺||F^–,Cl^–,Br^–. В результате разбиения фазового комплекса системы на стабильные элементы получено древо фаз, имеющее линейное строение и состоящее из стабильных пентатопа LiF–NaF–KF–KBr–KCl, гексатопа LiF–NaBr–NaCl–KCl–KBr–NaF, гептатопа NaCl–KCl–KBr–LiBr–LiCl–LiF–NaBr, соединенных стабильными тетраэдром LiF–NaF–KCl–KBr и квадратной пирамидой (пятивершинником) LiF–KBr–NaBr–NaCl–KCl. Методом дифференциального термического анализа изучены фазовые равновесия в стабильном пятивершиннике LiF–KCl–KBr–NaBr–NaCl. В пятивершиннике реализуется моновариантное фазовое равновесие: ж ⇄ LiF + NaCl_xBr_1–x + KCl_yBr_1–y, где NaCl_xBr_1–x и KCl_yBr_1–y – непрерывные ряды твердых растворов на основе NaCl и NaBr, KCl и KBr. Определены состав смеси точки Min^◻ 591 и минимальная температура моновариантного равновесия. Построена компьютерная 3D-модель в виде проекции фазового комплекса на концентрационный пятивершинник LiF–KCl–KBr–NaBr–NaCl в программе КОМПАС 3D. Выделены объемы кристаллизующихся равновесных фаз.

Коэффициенты активности в водных растворах бромидов щелочных металлов рассчитаны по обобщенной теории Дебая–Хюккеля при 298 K на основе экспериментальных значений их статической диэлектрической проницаемости. Расчет без оптимизации параметров модели воспроизводит немонотонную концентрационную зависимость коэффициентов активности, а также зависимость коэффициентов активности от радиуса катиона, которая объясняется ослаблением гидратации и усилением ионной ассоциации при увеличении радиуса катиона в ряду данных солей.

Исследовано получение графитизированных магнитных углеродных композитов, сочетающих адсорбционные свойства активированного угля с магнитными, а также свойствами, присущими графиту. Показана эффективность метода, включающего модификацию целлюлозы костры льна лимонной кислотой для усиления хелатирующей способности целлюлозной матрицы костры льна, пропитку модифицированной целлюлозы хлоридом железа, пиролиз в инертной среде для контролирования состава, морфологии, удельной поверхности и пористости гибридных углеродных материалов. Методом термогравиметрии установлен возможный механизм пиролиза целлюлозной матрицы. Характеристики графитизированных композитов исследованы с помощью рентгеноструктурного анализа. Установлено, что модификация целлюлозы лимонной кислотой позволяет получить углеродный композит с высоким содержанием графита (74%) со степенью графитизации графитовой структуры, близкой к степени графитизации коммерческого графита при 700°С. Методами низкотемпературной адсорбции–десорбции N₂ и ζ-потенциала установлен возможный механизм адсорбции экологически опасных красителей. Показано, что наибольшая равновесная величина адсорбции красителей метиленового синего и метилового оранжевого составила 127.4 и 23.7 мг/г соответственно. Полученные композиты могут использоваться в качестве адсорбентов и наполнителей в полимерных композиционных материалах.

Анодирование алюминия в электролитах на основе смесей нескольких кислот открывает возможность формирования пористых пленок анодного оксида алюминия (АОА) с контролируемым в широком интервале периодом структуры. Отдельной задачей является исследование термических превращений пленок АОА, полученных в смешанных электролитах, так как сложный химический состав материала может приводить к особенностям при последующем отжиге. Установлено, что в составе АОА, сформированного анодированием алюминия в электролитах на основе смесей серной и щавелевой кислот, присутствуют примесные оксалат- и сульфат-анионы. При этом массовая доля сульфатов оказывается примерно на порядок больше, чем оксалатов, и увеличивается с ростом соотношения концентраций серной и щавелевой кислот в используемом электролите. Аналогично с ростом соотношения концентраций серной и щавелевой кислот увеличивается температура кристаллизации аморфного АОА в смесь низкотемпературных полиморфных модификаций Al₂O₃. Таким образом, соотношение компонентов в используемом смешанном электролите оказывает влияние на состав и термические превращения АОА.