Созревание Оствальда как механизм иерархической структурной эволюции фосфата титана

Аннотация

. Контроль роста нано- и микроструктур оксидных материалов металлов становится все более актуальным, поскольку позволяет тонко регулировать их функциональные свойства. Поэтому в области материаловедения активно разрабатывается множество методов направленного синтеза субстратов с развитой морфологией, высокой степенью кристалличности и значительной удельной поверхностью. Несмотря на значительные успехи в этой области, необходимо отметить отсутствие единого методологического подхода и, как следствие, целостного представления о структурообразовании сложных и иерархически-структурированных материалов.
Фосфаты титана (TiP) – обширная группа материалов, состоящих из распространенных элементов, которые представляют собой универсальную платформу для создания материалов с регулируемой морфологией и элементным составом. Благодаря простоте синтеза и модификации на их основе получены различные сорбенты, катализаторы, электроды для накопителей энергии и полимерные добавки. Формирование иерархических структур на основе фосфатов титана, существенно превосходящих по сложности регулярные микро- и наноструктурированные, позволило получить субстраты со значительным приростом функциональности. Несмотря на перспективность исследований в этом направлении, вопросам управления механизмом формирования иерархической структуры TiP в научной литературе уделено мало внимания.
В данной работе проведён анализ влияния основных термодинамических параметров гидротермальной обработки на формирование микросферического фосфата титана. Установлено, что размер микросфер TiP изменяется в соответствии с механизмом оствальдовского созревания при полном сохранении иерархической структуры. Наблюдаемые отклонения от этого механизма при высоких концентрациях фосфорной кислоты объяснены с учётом активной роли фосфат-анионов в росте микросфер. Также рассмотрены особенности изменения морфологии составляющих микросферы структурных элементов в более жёстких условиях длительной гидротермальной обработки.