Физико-химические свойства оксигидроксида иттрия, полученного при рН, близком к точке нулевого заряда
Ключевые слова:
оксигидроксид иттрия, точка нулевого заряда, золь-гель синтез, физико-химические свойства, рентгенофазовый анализ, электронная микроскопия, термический анализ, структурообразованиеАннотация
Золь-гель синтез оксигидроксидов металлов привлекает простотой и возможностью вести процесс в мягких условиях, однако воспроизводимость результатов и масштабируемость методик часто ограничены из-за высокой чувствительности к параметрам получения. Среди них основным является конечное значение рН, определяющее заряд поверхности формирующихся частиц и механизмы структурообразования. Для оксигидроксида иттрия YOx(OH)y(H2O)k, служащего прекурсором оксида иттрия (Y2O3), который находит применение в катализе, керамике, люми-несцентных и сенсорных материалах, интерес представляет синтез вблизи pHтнз. В этом состоя-нии поверхность частиц формально не заряжена, что повышает их реакционную способность и делает систему наиболее чувствительной к внешним воздействиям. Кроме того, оксид иттрия, формируемый при термолизе исходного оксигидроксида, в значительной степени наследует морфологию и дисперсность своего прекурсора (с учётом неизбежных изменений, связанных с потерей воды), что важно учитывать при направленном регулировании свойств конечного про-дукта ещё на стадии синтеза оксигидроксида. В работе золь-гель методом из разбавленного раствора нитрата иттрия (0,01 М) получены образцы оксигидроксида иттрия при варьировании рН синтеза вблизи pHтнз, значение которой составило 9,08. Комплексом методов (РФА, СЭМ, ПЭМ, синхронный термический анализ с масс-спектрометрией) установлено, что образцы, синтезированные при pHтнз, характеризуются мини-мальными размерами областей когерентного рассеяния после прокаливания (≈175 Å), соотно-шением сферических и пластинчатых частиц, близким к 1:1, а также максимальной долей свя-занной воды и минимальным содержанием примесей. Таким образом, проведение синтеза при рН, равном рНтнз обеспечивает формирование оксигидроксида иттрия с особыми структурно-морфологическими характеристиками, повышенной чувствительностью к другим параметрам процесса и может служить удобной модельной системой для углублённого изучения механизмов структурообразования данного материала, в том числе при внешних воздействиях, а также для получения оксида иттрия с воспроизводимыми свойствами.Библиографические ссылки
1. Huang G., Zhanglian H., Shizhu Z. et al. // Journal of Rare Earths. 2006. V. 24. P. 47. DOI: 10.1016/S1002-0721(07)60319-6
2. Wang S.J., Zhong S.L., Ou-Yang X.J. et al. // Materials Science and Engineering: B. 2009. V. 162, Iss. 3. P. 200. DOI: 10.1016/j.mseb.2009.04.013
3. Rozhkov A.V., Ignatov S.K., Suleimanov E.V. // Solid State Ionics. 2021. V. 371. Art. 115758. DOI: 10.1016/j.ssi.2021.115758
4. Irshad M., Siraj K., Raza R. et al. // Applied Sciences. 2016. V. 6, Iss. 3. Article 75. DOI 10.3390/app6030075
5. Zhang J., Sun H., Shu L. et al. // Ceramics International. 2024. V. 50, Iss. 7, Part A. P. 10698. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.12.385
6. Viazzi C., Bonino J.P., Ansart F. // Surface and Coatings Technology. 2006. V. 201, Iss. 7. P. 3889. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.07.241
7. Dutta M., Kalita J.M., Wary G. // Ceramics International. 2025. V. 51, Iss. 17. P. 23354. DOI: 10.1016/j.ceramint.2025.03.024
8. Liu J., Zou X., Xu B. et al. // CrystEngComm. 2012. V. 14. P. 3149. DOI: 10.1039/c1ce06413h
9. Lojpur V., Mancic L., Vulic P. et al. // Ceramics International. 2014. V. 40. P. 3089. DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.09.105
10. Feng J., Wan N., Ju X., Liu L. // Chem. Pap. 2026. DOI: 10.1007/s11696-026-05014-x.
11. Zhang R.-B., Tu Z.-A., Meng S. et al. // Rare Metals. 2023. V. 42, No. 1. P. 176. DOI: 10.1007/s12598-022-02136-5
12. Magdalane C.M., Kaviyarasu K., Vijaya J.J. et al. // J. Photochemistry & Photobiology,
B: Biology. 2017. V. 173. P. 23. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2017.05.031
13. Kokulnathan T., Wang T.-J., Kumar E.A. et al. // Sensors and Actuators: B. Chemical. 2021. V. 349. Art. 130787. DOI: 10.1016/j.snb.2021.130787
14. Kumar Y.R., Thangamani J.G., Karthik T.V.K. et al. // RSC Advances. 2024. V. 14. P. 5022. DOI: 10.1039/d3ra04257.
15. Nehru R., Dong C.-D., Chen C.-W. et al. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and En-gineering Aspects. 2022. V. 635. Art. 128089. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.128089
16. Srivastava S., Pandy N.K., Verma V. et al. // Engineering Proceedings. 2023. V. 56. Art. 120. DOI: 10.3390/ASEC2023-16265
17. Baranchikov A.E., Ivanov V.K., Dmitriev A.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2006. V. 51, No. 11. P. 1689. DOI: 10.1134/S0036023606110015
18. Печенюк С.И., Семушина Ю.П. Сорбция ионов на поверхности оксигидроксидов метал-лов: монография. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2021. 244 с.
19. Мелихов И. В. Физико-химическая эволюция твердого вещества. М.: Лаборатория знаний, 2021. 5-е изд. 312 с.
20. Сухарев Ю.И., Авдин В.В. // Журн. неорг. хим., 1999. Т. 44. № 7. С. 1071.
21. Печенюк С.И. Сорбционно-гидролитическое осаждение платиновых металлов на поверх-ности неорганических сорбентов: монография. Ленинград: ЛО «Наука», 1991. 240 с.
22. Печенюк С.И. Сорбционные свойства гидрогелей оксигидроксидов переходных и р-металлов // Изв. РАН. Сер. хим. 1999. Т. 6. С. 1029–1035.
23. Plaza R.C., Gonzáles-Caballero F., Delgado A.V. // Colloid Polim. Sci. 2001. V. 279. P. 1206.
24. Xi Y., Davis R.J. // Inorganic Chemistry. 2010. V. 49. P. 3888. DOI: 10.1021/ic1000478
25. Liu Y., Sheng X., Ding H. et al. // Journal of Magnetic Resonance Open. 2024. V.20. No 100155. https://doi.org/10.1016/j.jmro.2024.100155
26. Kim M., Kim H., Byeon S.-H. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. P 40461. DOI: 10.1021/acsami.7b13437
27. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2007. 309 с.
28. Буланова А.В. Особенности структурообразования оксигидроксида иттрия, полученного золь-гель и гидротермальным методами: дис. … канд. хим. наук. Челябинск, 2021. С. 118.
29. Van Reeuwijk L.P. The thermal dehydration of natural zeolites. Wageningen: H. Weinman & B.V. Zonen, 1974. 88 p.
30. Leitão M.L.P., Canotilho J., Cruz M.S.C., et. al. // J. Therm. Analys. Calorim. V. 68. 2002. P. 397. DOI: 10.1023/A:1016023315613
31. Kodama M., Kawaswki Y., Aoki H. et al. // Biochim. Biophys. Acta. V. 1667. 2004. P. 56. DOI: 10.1016/j.bbamem.2004.08.015
32. Guclu G., Yalcinyuva T., Ozgumus S. et al. // Thermochimica Acta. V. 404. 2003. P. 193. DOI: 10.1016/S0040-6031(03)00160-6
33. Acharya P., Segall M.L., Zaiou M. et al. // Biochim. Biophys. Acta. V. 1584. 2002. P. 9. DOI: 10.1016/S1388-1981(02)00263-9
34. De la Fuente J.L., Ruiz-Bermejo M., Menor-Salvan C. et al. // Polym. Degrad. Stab. V. 96. 2011. P. 943. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.01.033
35. Polyakova I.G., Hubert T. // Surf. Coat. Tech. V. 141. 2001. P. 55. DOI: 10.1016/S0257-8972(01)01042-8
36. Авдин В.В., Лымарь А.А., Батист А.В. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика, физика, химия, 2006. Т. 7. С. 211.
