Исследование возможности получения прекурсоров замещенных кобальтатов - катализаторов важнейших промышленных процессов

Актуальность

В последние годы к материалам на основе сложных оксидов 3d-4f-элементов сохраняется повышенный интерес. Особое место среди семейств сложных оксидов занимают кобальтаты лантанидов LnCoO₃ со структурой перовскита. Эти соединения представляют особый интерес в качестве компонентов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Активность Ln-кобальтатов как гетерогенных катализаторов в широком спектре реакций также интенсивно изучается. При получении материала огромную роль в области применения играет его морфология. Для получения кобальтатов лантанидов с различной морфологией существует ряд синтетических подходов. Соединение LaCoO₃ является крайне широко исследованным как в чистом виде, так и с учетом различных частичных замещений в разных его позициях. Эти замещения приводят к изменению параметров элементарной ячейки, появлению вакансий и дефектов. Именно такие неоднородности часто служат каталитическими центрами для различных реакций. На основании литературных данных можно сделать вывод, что замещенные кобальтаты лантанидов проявляют более значительную каталитическую активность, нежели незамещенные соединения.

Цели

Создать методику получения сложных оксидов вида La_1-xNd_xCoO₃

Задачи

1. Составить представление о различных методах синтеза сложных оксидов и возможности их использования на основе имеющихся научных данных

2. Разработать методику прекурсорного синтеза сложных оксидов вида La_1-xNd_xCoO₃

3. Получить прекурсоры вида [Co(phen)₃][La_1-nNd_n(NO₃)₅]

(phen — 1,10-фенантролин)

4. Получить соответствующие сложные оксиды

5. Исследовать полученные соединения рядом физико-химических методов

6. Определить пороговые значения Nd в полученных сложных оксидах

7. Оптимизировать методику

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Пробирка Шленка

• Водяная баня

• Водоструйный насос

• Муфельная печь

• ИК-спектрометр «Perkin Elmer Spectrum 65»

• Растровый электронный микроскоп «Carl Zeiss NVision 40»

• Рентгеноспектральный микроанализатор

• Рентгеновский дифрактометр «Bruker D8 Advance»

Описание

В ходе данной работы было синтезировано 2 ионных комплекса:

[Co(phen)₃][Nd_nLa_1-n(NO₃)₅], n = 0,1; 0,2.

Для получения смешанных оксидов из соответствующих комплексов, прекурсоры были подвергнуты термическому разложению. Методика была оптимизирована путём варьирования продолжительности термолиза, с целью достичь желаемого соотношения лантанидов в перовските. Для подтверждения чистоты полученных соединений были использованы следующие методы: РФА, РЭМ, РСМА, ИК-спектроскопия.

Эти исследования позволили установить влияние исходного комплекса на состав и морфологию соответствующих смешанных оксидов. Результатом проекта являются смешанные оксиды состава La_1-xNd_xCoO₃. В рамках проекта рекомендуется использовать разработанную методику, так как использованные методы получения прекурсоров гораздо более экспрессные по сравнению с используемыми в мире твердофазными методами.

Результаты работы/выводы

1. Составлено представление о различных методах синтеза сложных оксидов и возможности их использования на основе имеющихся научных данных

2. Была разработана методика прекурсорного синтеза сложных оксидов вида La_1-xNd_xCoO₃

3. Были получены прекурсоры вида [Co(phen)₃][La_1-nNd_n(NO₃)₅]

4. Были получены сложные оксиды, путем обжига прекурсоров

5. Были исследованы полученные соединения рядом физико-химических методов

6. Методика была оптимизирована

Перспективы использования результатов работы

В будущем планируется внедрить нашу методику, исследовать каталитические свойства полученных соединений и сравнить их с применяемыми в настоящее время.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Институт общей и неорганический химии им. Н.С.Курнакова РАН