ПЛАЗМЕННО-РАСТВОРНЫЙ СИНТЕЗ ОКСИДА ЦИНКА, ДОПИРОВАННОГО КАДМИЕМ
Аннотация
В данной работе исследован процесс образования нерастворимых соединений цинка и кадмия, инициированный действием разряда постоянного тока атмосферного давления в воздухе на водный раствор нитратов цинка и кадмия. Установлено, что, когда раствор является анодом, действие разряда приводит к образованию коллоидного раствора гидроксинитратов и гидроксидов цинка и кадмия белого цвета. Коллоидные частицы первоначально образуются на границе раздела раствор-разряд. И далее область образования распространяется в глубину раствора. С ростом времени действия разряда коллоидный раствор теряет свою агрегативную устойчивость и на дне реакционного сосуда начинает образовываться осадок. Кинетику образования коллоидных частиц исследовали турбидиметрическим методом. Оказалось, что скорость образования коллоидных частиц возрастает с увеличением разрядного тока от 30 до 70 мА. При концентрациях нитратов цинка и кадмия 50 ммоль/л константа скорости процесса увеличивается с 1,3∙10-3 до 12∙10-3 с-1. При разрушении этого раствора образуется осадок соответствующих соединений. Рентгеноструктурный анализ показал, что частицы осадка имеют кристаллическую структуру. Частицы осадка, как показывает сканирующая электронная спектроскопия, имеют сфероидальную форму с характерным размером около 1 мкм. Термическое разложение образовавшегося осадка протекает в несколько стадий и заканчивается при температуре ~300 °С. В результате прокаливания образуется смесь кристаллических оксидов цинка и кадмия. По данным электронной рентгеновской спектроскопии, при мольном соотношении цинка и кадмия в исходном растворе 1:1 полученные твердые частицы содержат 8 мол. % кадмия и 92 % цинка.
Для цитирования:
Смирнова К.В., Шутов Д.А., Иванов А.Н., Манукян А.С., Рыбкин В.В. Плазменно-растворный синтез оксида цинка, допированного кадмием. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 7. С. 28-34. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6629.
Литература
Huynh W.U., Dittmer J.J., Alivisatos A.P. Hybrid Nano-rod-Polymer Solar Cells. Science. 2002. V. 295. N 5564. P. 2425-2427. DOI: 10.1126/science.1069156.
Bailey R.E, Smith A.M., Nie S. Quantum dots in biology and medicine. Physica E. 2004. V. 25. N 1. P. 1-12. DOI: 10.1016/j.physe.2004.07.013.
Ballou B., Lagerholm B.C., Ernst L.A., Bruchez M.P., Waggoner A.S. Noninvasive Imaging of Quantum Dots in Mice. Bioconjug. Chem. 2004. V. 15. N 1. P. 79-86. DOI: 10.1021/bc034153y.
Das D., Datta A.K., Kumbhakar D.V., Ghosh B., Pramanik A., Gupta S. Conditional optimisation of wet chemical synthesis for pioneered ZnO nanostructures. Nano-Struct. Nano-Objects. 2017. V. 9. P. 26–30. DOI: 10.1016/j.nanoso.2016.12.002.
Ghosh M., Raychaudhuri A.K. Structure and optical properties of Cd-substituted ZnO (Zn1−xCdxO) nanostructures syn-thesized by the high-pressure solution route. Nanotechnology. 2007. V. 18. N 11. P. 115618. DOI: 10.1088/0957-4484/18/11/115618.
Raja S., Bhuvaneswari P.V., Ramesh Babu R., Gokulakrishnan V., Ramamurthi K. Studies on the structural, morphological, electrical and optical properties of (CdO)x (ZnO)1−x thin films deposited by spray pyrolysis method. J. Mater. Sci: Mater. Electron. 2016. V. 27. N 8. P. 8111–8117. DOI: 10.1007/s10854-016-4812-y.
Sathish D.V., Rama Krishna Ch., Venkata Reddy Ch., Udayachandran Thampy U.S., Ravikumar R.V.S.S.N. Structural and optical investigations on ZnCdO nanopowder. Phys. Scr. 2012. V. 86. N 3. P. 035708. DOI: 10.1088/0031-8949/86/03/035708.
Detert D.M., Lim S.H.N., Tom K., Luce A.V., Anders A., Dubon O.D., Yu K.M., Walukiewicz W. Crystal structure and properties of CdxZn1−xO alloys across the full composition range. Appl. Phys. Lett. 2013. V. 102. N 23. P. 232103. DOI: 10.1063/1.4884683.
Shutov D.A., Rybkin V.V., Ivanov A.N., Smirnova K.V. Synthesis of zinc oxide powders in plasma-solution systems. High Energ. Chem. 2017. V. 51. N 1. P. 65-69. DOI: 10.1134/S0018143917010118.
Shutov D.A., Smirnova K.V., Gromov M.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. Synthesis of CdO Ultradisperse Powders Using Atmospheric Pressure Glow Discharge in Contact With Solution and the Investigation of Intermediate Products. Plasma. Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. N 1. P. 107-121. DOI: 10.1007/s11090-017-9856-0.
Shutov D., Ivanov A., Rakovskaya A., Smirnova K., Manukyan A., Rybkin V. Synthesis of oxygen-containing iron powders and water purification from iron ions by glow discharge of atmospheric pressure in contact with the solution. J. Phys. D: Appl. Phys. 2020. V. 53. N 44. P. 445202. DOI: 10.1088/1361-6463/aba4d7.
Smirnova K.V., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Plasma-Solution Synthesis of Iron (III) Oxide. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 7. P. 83-88. DOI: 10.6060/ivkkt.20216407.6409.
Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A., Moliterni A., Rizzi R. QUALX2.0: a qualitative phase analy-sis software using the freely available database POW_COD. J. Appl. Cryst. 2015. V. 48. N 2. P. 598-603. DOI: 10.1107/S1600576715002319.
Grazulis S., Daskevic A., Merkys A., Chateigner D., Lutterotti L., Quiros M., Serebryanaya N.R., Moeck P., Downs R.T., LeBail A. Crystallography Open Database (COD): an openaccess collection of crystal structures and platform for world-wide collaboration. Nucl Acids Res. 2012. V. 40. N D1. P. D420-427. DOI: 10.1093/nar/gkr900.
Bobkova E.S., Shikova T.G., Grinevich V.I., Rybkin V.V. Mechanism of Hydrogen Peroxide Formation in Electrolytic Cathode of Atmospheric_Pressure Direct_Current Discharge. High Energ Chem. 2012. V. 46. N 1. P. 56-59. DOI: 10.1134/S0018143912010079.
He B., Ma Y., Gong X., Long Z., Li J., Xiong Q., Liu H., Chen Q., Zhang X., Yang S., Liu Q.H. Simultaneous quan-tification of aqueous peroxide, nitrate, and nitrite during the plasma–liquid interactions by derivative absorption spectro-photometry. J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. N 44. P. 445207. DOI: 10.1088/1361-6463/aa8819.
Lin J., He X., Chen Q., Xiong Q., Li J., Wang X., Chen G., Liu Q.H., Ostrikov K. The formation mechanism of aqueous hydrogen peroxide in a plasma-liquid system with liquid as the anode. Europ. Phys. J. D. 2020. V. 74. N 4. Art. numb.: 80. DOI: 10.1140/epjd/e2020-100371-2.
Shutov D.A., Batova N.A., Rybkin V.V. Comparative Kinetics of Changing Chemical Composition of Liquid Water Anode and Cathode of DC Glow Discharge in Air. High Energ. Chem. 2020. V. 54. N 1. P. 59-63. DOI: 10.1134/S0018143920010117.
Shutov D.A., Sungurova A.V., Choukourov A., Rybkin V.V. Kinetics and mechanism of Cr(VI) Reduction in a Water Cathode Induced by Atmospheric Pressure DC Discharge in Air. Plasma Chem. Plasma Process. 2016. V. 36. N 5. P. 1253-1269. DOI: 10.1007/s11090-016-9725-2.
Liu Z.C., Liu D.X., Luo S.T., Wang W.T., Liu Z.J., Yang A.J., Rong M.Z., Chen H.L., Kong M.G. The effect of pH on the aqueous reactive species in sodium phosphate buffers induced by surface air discharge. J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 52. N 41. P. 415201. DOI: 10.1088/1361-6463/ab2f07.
Zheng Y., Wang L., Bruggeman P. Modeling of an atmospheric pressure plasma-liquid anodic interface: Solvated electrons and silver reduction. J. Vac. Sci. Technol. 2020. V. A38. N 6. P. 063005. DOI: 10.1116/6.0000575.
Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B.J. Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals (OH/O-) in aqueous solution. Phys. Chem. Ref. Data. 1988. V. 17. N 2. P. 513–886. DOI: 10.1063/1.555805.
Rumbach P., Bartels D.M., Sankaran R.M., Go D.B. The solvation of electrons by an atmospheric-pressure plasma. Nat. Comm. 2015. V. 6. P. 7248. DOI: 10.1038/ncomms8248DOI:38/ncomms8248.
Ivanov A.N., Shutov D.A., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Influence of Non‑uniformity of Generation of Active Particles on Deposition Processes and Redox Reactions in a Glow Dis-charge in Contact with Water. Plasma Chem. Plasma Process. 2019. V. 39. N 1. P. 63-73. DOI: 10.1007/s11090-018-9936-9.
Witzke M., Rumbach P., Go D.B., Sankaran R.M. Evi-dence for the electrolysis of water by atmospheric-pressure plasmas formed at the surface of aqueous solutions. J. Phys. D: Appl. Phys. 2012. V. 45. N 7. P. 442001. DOI: 10.1088/0022-3727/45/44/442001.
Rumbach P., Bartels D.M., Go D.B. The penetration and concentration of solvated electrons and hydroxyl radicals at a plasma-liquid interface. Plasma Sours. Sci. Technol. 2018. V. 27. N 11. P. 115013. DOI: 10.1088/1361-6595/aaed07.
Mededovic Thagard S., Takashima K., Mizuno A. Chemistry of the Positive and Negative Electrical Discharges Formed in Liquid Water and Above a Gas–Liquid Surface. Plasma Chem. Plasma Process. 2009. V. 29. N 6. P. 455-473. DOI: 10.1007/s11090-009-9195-x.
