ЦИРКОНАТ ПРАЗЕОДИМА: ФАЗООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕКСОЕ ПОВЕДЕНИЕ
Аннотация
Описан метод получения комплексного оксидного материала цирконата празеодима с помощью сжигания прекурсора, полученного из нитратов соответствующих металлов и мочевины. С целью определения характеристических температур фазообразования было исследовано термическое поведение исходных нитратов празеодима и цирконила, а также полученного прекурсора методами синхронного термического анализа, совмещенного с масс-спектрометрией выделяющихся газов. Установлено, что образование и кристаллизация фазы цирконата празеодима осуществляется в интервале 360 – 580 °С. Установлено влияние состава атмосферы на термическое поведение прекурсора, а также нитратов празеодима и цирконила. Термическая деструкция данных веществ в окислительной атмосфере не существенно отличается от таковой в инертной атмосфере, но приводит к более быстрому протеканию процесса образования оксидной фазы. При термодеструкции прекурсора массспектрометрически зарегистрировано выделение частиц мочевины, оксидов азота и углекислого газа. Рентгенофазовый анализ отожженного при 560 °С в течение 6 ч образца показал, что полученный материал полностью однофазен и состоит из цирконата празеодима со структурным типом пирохлора. Значение параметра решетки, составило a = 10,64754 Ǻ. Значение кристалличности полученного порошка составило 65,1 %. При уменьшении времени термической обработки образца его степень кристалличности существенно уменьшается. Микрофотографии отожженного образца показывают наличие мезо- и микропор в микроструктуре материала, образованных в результате термической деструкции прекурсора. Изучено электрохимическое поведение материала методом циклической вольтамперометрии с различными скоростями развертки потенциала и рассчитана его удельная емкость в растворе сульфата натрия.
Для цитирования:
Мясников Д.А., Потураев П.С., Красновских М.П., Мокрушин И.Г. Цирконат празеодима: фазообразование при термической обработке и электрохимичексое поведение. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 9. С. 6-12. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6510.
Литература
Xu Q., Pan W., Wang J., Wan C., Qi L., Miao H., Tori-goe T. Rare-Earth Zirconate Ceramics with Fluorite Struc-ture for Thermal Barrier Coatings. J. Am. Ceram. Soc. 2006. V. 89. N 1. P. 340-342. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2005.00667.x.
Fois M., Cox T., Ratcliffe N., de Lacy Costello B. Rare Earth Doped Metal Oxide Sensor for the Multimodal De-tection of Volatile Organic Compounds (VOCs). Sens. Ac-tuat. B: Chem. 2020. V. 330. P. 129264. DOI: 10.1016/j.snb.2020.129264.
Li X., Kuang X., Sun J. Rare Earth Elements based Oxide Ion Conductors. Inorg. Chem. Front. 2021. V. 8. P. 1374-1398. DOI: 10.1039/d0qi00848f.
Liang S., Wang H., Li Y., Qin H., Luo Z., Huang B., Zhao X., Zhaoa C., Chen L. Rareearth based nano-materials and their composites as electrode materials for high performance supercapacitors: a review. Sust. Energy Fuels. 2020. V. 4. N 8. P. 3825-3847. DOI: 10.1039/D0SE00669F.
Kimura K., Nakatsuji S., Wen J.-J., Broholm C., Stone M.B., Nishibori E., Sawa H. Quantum fluctuations in spin-ice-like Pr2Zr2O7. Nat. Commun. 2013. V. 4. N 1. P. 1934. DOI: 10.1038/ncomms2914.
Shlyakhtina A.V., Abrantes J.C.C., Gomes E., Shchegolikhin A.N., Vorobieva G.A., Maslakov K.I., Shcherbakova L.G. Effect of Pr3+/Pr4+ ratio on the oxygen ion transport and thermomechanical properties of the pyro-chlore and fluorite phases in the ZrO2–Pr2O3 system. Int. J. Hydrog. Energy. 2016. V. 41. N 23. P. 9982-9992. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.02.152.
Fedorov P.P., Yarotskaya E.G. Zirconium dioxide. Re-view. Condensed Matter and Interphases. 2021. V. 23. N 2. P. 169-187. DOI: 10.17308/kcmf.2021.23/3427.
Belov D.A., Shlyakhtina A.V., Abrantes J.C.C., Chernyak S.A., Gasymova G.A., Karyagina O.K., Shcherbakova L.G. Electrochemical behavior of the pyrochlore- and fluorite-like solid solutions in the Pr2O3-ZrO2 system. Part I. Solid State Ionics. 2015. V. 271. P. 79-85. DOI: 10.1016/j.ssi.2014.09.035.
Mahato D.K., Rudra M., Sinha T.P. Structural and electrical features of rare earth based double perovskite oxide: Pr2NiZrO6. J. Alloys Comp. 2016. V. 689. P. 617-624. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.08.024.
Lim H.S., Ahmad A., Hamzah H. Synthesis of zirconium oxide nanoparticle by sol–geltechnique. AIP Conf. Proc. 2013. V. 1571. N 1. P. 812-816. DOI: 10.1063/1.4858755.
Zhang W., Tan Y., Gao Y., Wu J., Tang B. Ultrafine nano zirconia as electrochemical pseudocapacitor material. Ceram. Int. 2015. V. 41. N 2. P. 2626-2630. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.10.047.
Borchert Y., Sonström P., Wilhelm M., Borchert H., Bäumer M. Nanostructured Praseodymium Oxide: Prepa-ration, Structure, and Catalytic Properties. J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. N 8. P. 3054-3063. DOI: 10.1021/jp0768524.
Dhas N.A., Patil K.C. Combustion synthesis and properties of fine-particle rare-earth-metal zirconates, Ln2Zr2O7. J. Mater. Chem. 1993. V. 3. N 12. P. 1289-1294. DOI: 10.1039/jm9930301289.
Bogacheva N.V., Tarbeeva K.A., Ogorodova N.Yu. Development of step-by-step method for producing silver nanoparticles by citrate method. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 5. P. 65-69 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206305Ф.6171.
Casula M.F., Loche D., Marras S., Paschina G., Corrias A. Role of Urea in the Preparation of Highly Porous Nanocomposite Aerogels. Langmuir. 2007. V. 23. N 7.P. 3509-3512. DOI: 10.1021/la0635799.
Zheng J.-Y., Pang J.-B., Qiu K.-Y., Wei Y. Synthesis and characterization of mesoporous titania and silica–titaniamaterials by urea templated sol-gel reactions. Micropor. Mesopor. Mater. 2001. V. 49. N 3. P. 189-195. DOI: 10.1016/s1387-1811(01)00417-6.
Matovic B., Maletaskic J., Zagorac J., Pavkov V., Maki R.S.S., Yoshida K., Yano T. Synthesis and characterization of pyrochlore lanthanide (Pr, Sm) zirconate ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 40. N 7. P. 2652-2657. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.012.
Wang S., Li W., Wang S., Chen Z. Synthesis of nanostructured La2Zr2O7 by a non-alkoxide sol–gel method: From gel to crystalline powders. J. Eur. Ceram. Soc. 2015. V. 35. N 1. P. 105-112. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.08.032.
Torres-Rodriguez J., Gutierrez-Cano V., Menelaou M., Kaštyl J., Cihlář J., Tkachenko S., Kaiser J. Rare-Earth Zirconate Ln2Zr2O7 (Ln: La, Nd, Gd, and Dy) Powders, Xerogels, and Aerogels: Preparation, Structure, and Properties. Inorg. Chem. 2019. V. 58. N 21. P. 14467-14477. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b01965.
Manju P., Ajith M.R., Jaiswal-Nagar D. Synthesis and characterization of BaZrO3 nanoparticles by citrate-nitrate solgel auto-combustion technique: systematic study for the formation of dense BaZrO3 ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. N 13. P. 3756-3767. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.048.
Melnikov P., Arkhangelsky I.V., Nascimento V.A., de Oliveira L.C.S., Rodrigues Guimarães W., Zanoni L.Z. Thermal decomposition of praseodymium nitrate hexahydrate Pr(NO3)3·6H2O. J. Therm. Anal. Calorim. 2018. V. 133. N 2. P. 929-934. DOI: 10.1007/s10973-018-7177-z.
Shukla R., Vasundhara K., Krishna P.S.R., Shinde A.B., Sali S.K., Kulkarni N.K., Tyagi A.K. High temperature structural and thermal expansion behavior of pyrochloretype praseodymium zirconate. Int. J. Hydrog. Energy. 2015. V. 40. N 45. P. 15672-15678. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.09.059.
Mudila H., Rana S., Zaidi, M.G.H. Electrochemical performance of zirconia/graphene oxide nanocomposites cathode designed for high power density supercapacitor. J. Anal. Sci. Technol. 2016. V. 7. N 3. P. 1-11. DOI: 10.1186/s40543-016-0084-7.
