Исследование взаимодействия оксида бария и диоксида титана с различной удельной поверхностью и разным кристаллическим строением при механохимической, микроволновой и гидротермальной обработках. Анализ ферро-, и параэлектрических свойств титана бария.
Аннотация к работе
Исследовано взаимодействие оксида бария и диоксида титана с различной удельной поверхностью и разным кристаллическим строением при механохимической, микроволновой и гидротермальной обработках. Методами РФА, ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием, ЭПР-и электронной спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области установлено, что использование низкотемпературных модификаций TIO2 приводит к формированию наночастиц титаната бария с высокой удельной поверхностью и дефектной структурой. Для синтезированных образцов титаната бария наблюдается некоторое увеличение поглощения, смещение края поглощения в видимую область и повышенная активность в реакции фотокаталитического разрушения сафранина Т в водных растворах.В качестве исходных веществ для синтеза ТБ использовались смеси оксида бария ("ч.д.а.") с диоксидом титана различной модификации (табл. Халамейда _____________________________________________________________________________________________ цию "ч.д.а." Чистые анатаз, брукит и рутил получены в лаборатории терморазложением ТІО(ОН)2 квалификации "ч.д.а.". ИК-спектры диффузного отражения в координатах Кубелка-Мунка в области 4000-1500 см-1 получены с помощью спектрофотометра "Spectrum-One", PERKINELMER (смесь порошкообразных образца и KBR при соотношении образец/KBR=1:20). При гидротермальном и микроволновом синтезе взаимодействие между оксидом бария и диоксидом титана приводит к формированию кубического титаната бария с примесями карбоната бария, причем, как и в случае МХС, эта реакция осуществляется легко при использовании аморфного TIO2 и анатаза (табл. Для образцов, полученных как механохимическим, так и гидротермальным (ГТО и МВО) методами, последующее прокаливание при 800?С приводит к увеличению конверсии исходных оксидов в ТБ, а также к совершенствованию его кристаллической структуры и увеличению размера кристаллитов.В данной работе показано, что из смесей низкотемпературных модификаций диоксида титана с оксидом бария возможно формирование титаната бария уже на стадии механохимической, микроволновой и гидротермальной обработки. Синтезированные порошки титаната бария имеют высокую удельную поверхность, размер кристаллитов в нанодиапазоне и дефектную структуру.
Вывод
В данной работе показано, что из смесей низкотемпературных модификаций диоксида титана с оксидом бария возможно формирование титаната бария уже на стадии механохимической, микроволновой и гидротермальной обработки. Синтезированные порошки титаната бария имеют высокую удельную поверхность, размер кристаллитов в нанодиапазоне и дефектную структуру. Такие порошки поглощают излучение в УФ и видимой области и активны в реакции фотокаталитического разрушения сафранина Т в водных растворах.
При синтезе титаната бария в водной среде поверхность обогащается катионами бария вследствие выщелачивания последнего в растворах. При одинаковом значении РН для дисперсий ТБ наблюдается рост величины ?-потенциала и смещение изоэлектрической точки РНИЭТ в более щелочную область в ряду ТФС-МХО-ГТО-МВО.
1. Smith M.B., Page K., Siegrist T. et .al. Crystal structure and the paraelectric-to-ferroelectric phase transition of nanoscale BATIO3 // J. Am. Chem. Soc. - 2008. - V. 130, N 22. - P. 6955-6963.
2. Kong L.B., Zhang T.S., Ma J. Boey F. Progress in synthesis of ferroelectric ceramic materials via high-energy mechanochemical technique // Prog. Mater. Sci. - 2008. - V. 53, N 2. - P. 207-322.
3. Ahuja S., Kutty T.R.N. Nanoparticles of SRTIO3 prepared by gel to crystallite conversion and their photocatalytic activity in the mineralization of phenol // J. Photochem. Photobiol. A. - 1996. - V. 97, N 1-2. - P. 99-107.
4. Wang J., Yin S., Komatsu M., et al. Photo-oxidation properties of nitrogen doped SRTIO3 made by mechanical activation // Appl. Catal. B. - 2004. - V. 52, N 1. - P. 11-21.
5. Zielinska B., Borowiak-Palena E., Kalenczuka R.J. Photocatalytic hydrogen generation over alkaline-earth titanates in the presence of electron donors // Int. J. Hydrogen Energy. - 2008. - V. 33, N 7. - P. 1797-1802.
6. Giocordi J.L., Rohrer G.S. The influence of the dipolar field effect on the photochemical reactivity of Sr2Nb2O7 and BATIO3 microcrystals // Top. Catal. - 2008. - V. 49. - P. 18-23.
7. Guin R., Das S.K., Saha S.K. Adsorption studies of zinc ions on barium titanate from aqueous solution // Radiochim. Acta. - 2002. - V. 90, N 1. - P. 53-56.
8. Stojanovic B.D., Simoes A.Z., Paiva-Santos C.O. et al. Mechanochemical synthesis of barium titanate // J. Eur. Ceram. Soc. - 2005. - V. 25. - P. 1985-1989.
9. Miclea C., Tanasoiu C., Spanulescu I. et al. Microstructure and Properties of Barium Titanate Ceramics Prepared by Mechanochemical Synthesis // Rom. J.
Inform. Sci. Technol. - 2007. - V. 10, N 4. - P. 335-345.
10. Sydorchuk V., Zazhigalov V., Kha-lameida S. et al. Investigation of physicochemical transformation at mechanochemical, hydrothermal and microwave treatment of barium titanyloxalate // J. Alloys Compd. - 2009. - V. 482, N 1-2. - P. 229-234.
11. Lee B.W., Choi C.S. Hydrothermal synthesis of barium titanate powders from a co-precipitated precursor // J. Ceram. Process. Res. -2003. - V. 4, N 3. - P. 151-154.
12. Newalkar B.L., Komarneni S., Katsuki H. Microwave-hydrothermal synthesis and characterization of barium titanate powders // Mater. Res. Bull. - 2001. - V. 36, N 13-14. - P. 2347-2355.
13. Demydov D., Labaunde K.J. Characterization of mixed metal oxides SRTIO3 and BATIO3 synthesized by a modified aerogel procedure // J. Non-Cryst. Solids. - 2004. -V. 350. - P. 165-172.
14. Badheka P., Qi L., Lee B. Phase transition in barium titanate nanocrystals by chemical treatment // J. Eur. Ceram. Soc. - 2006. - V. 26, N 8. - P. 1393-1400.
15. Indris S., Amade R., Heitjans P. et al. Preparation by high- energy milling, characterization, and catalytic properties of nanocrystalline TIO2 // J. Phys. Chem. B. - 2005. - V. 109, N 49. - P. 23274-23278.
16. Pavlovic V.P., Popovic D., Krstic J., et al. Influence of mechanical activation on the structure of ultrafine BATIO3 powders // J. Alloys Compd. - 2009. - V. 486, N 1-2. - P. 633-639.
17. Gesenhues U. The effects of plastic deformation on band gap, electronic defect states and lattice vibrations of rutile // J. Phys. Chem. Solids. - 2007. - V. 68, N 2. - P. 224-235.
18. Gupta V.K., Jain R., Mittal A. et al. Photochemical degradation of the hazardous dye Safranin-T using TIO2 catalyst // J. Colloid Interface Sci. - 2007. - V. 309, N 2. - P. 464-469.
Особенности синтеза нанодисперсного титаната бария и исследование его свойств _____________________________________________________________________________________________
от концентрации катализатора // Тео-рет. эксперим. химия. - 2009. - Т. 45, № 2. - С. 104-107.
20. Хайнике Г. Трибохимия. - Москва: Мир, 1987. - 569 с.
21. Lewis J.A. Colloidal processing of ceramics // J. Am. Ceram. Soc. - 2000. - V. 83, N 10. - P. 2341-2359.
22. Vamvakaki M., Billingham N.C., Ar-mes S.P. et al. Controlled structure copolymers for the dispersion of high-perfomance ceramics in aqueous media // J. Mater. Chem. - 2001. - V. 11. - P. 2437-2444.
23. Shen Z.-G., Chen J.F., Zou H.-K., Yun J. Dispersion of nanosized aqueous suspensions of barium titanate with ammonium polyacrilate // J. Colloid Interface Sci. - 2004. - V. 275, N 1. - P. 158-164.
24. Blanco-Lopez M.C., Rand B., Riley F.L. The isoelectric point of BATIO3 // J. Eur. Ceram. Soc. - 2000. - V. 20. - P. 107-118.
25. Hsu R.-C., Ying K.-L., Chen L.-P. Dispersion properties of BATIO3 colloids with amphoteric polyelectrolites // J. Am. Ceram. Soc. - 2005. - V. 88, N 3. - P. 524-529.
Поступила 04.10.2010, принята 04.11.2010
Особливості синтезу нанодисперсного титанату барію та дослідження його властивостей
С.В. Халамейда
Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України вул. Генерала Наумова 13, Київ 03164, Україна, svkhal@ukr.net
Досліджено взаємодію оксиду барію та діоксиду титану з різною питомою поверхнею і кристалічною будовою при механохімічній, мікрохвильовій та гідротермальній обробках. Методами РФА, ІЧ-спектроскопії з Фурє-перетворенням, ЕПР- та електронної спектроскопії в ультрафіолетовій та видимій області встановлено, що використання низькотемпературних модифікацій TIO2 призводить до формування наночастинок титанату барію з високою питомою поверхнею та дефектною структурою. Для синтезованих зразків титанату барію спостерігається збільшення поглинання, зсув межі поглинання в видиму область та підвищена активність в реакції фотокаталітичного розкладу сафраніну Т в водних розчинах. При синтезі титанату барію в водному середовищі поверхня збагачується бренстедовськими основними центрами.
Peculiarities of Synthesis of Nanodisperse Barium Titanate and Investigation of its Properties
S.V. Khalameida
Institute for Sorption and Problems of Endoecology of National Academy of Sciences of Ukraine 13 General Naumov Street, Kyiv 03164, Ukraine, svkhal@ukr.net
The interaction between barium oxide and titanium dioxide with different specific surface and crystalline structure by mechanochemichal, microwave and hydrothermal treatments have been investigated. It has been found by means of XRD, FTIR, ESR and UV-VIS spectroscopy that the use of low-temperature modification of TIO2 leads to the formation of barium titanate nanoparticles with high specific surface and defect structure. A definite increase was observed in absorption as well as shift of the absorption edge in the visible region, higher activity in the reaction of photocatalytic destruction of Safranin T in aqueous solutions for the synthesized samples of barium titanate. An enrichment of the surface by Bronsted basic centers occurs at when barium titanate is synthesized in an aqueous medium.