ПОЛИТИТАНАТ КАЛИЯ СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА

Синтез полтитаната калия Метод: Синтез в солевых расплавах Исходные материалы: TiO 2 KOH KNO 3 АНАТАЗРУТИЛ

Механизм процесса 1. Разрушение кристаллической решетки TiO 2 под действием расплава КОН (гидроксид ионов) ОН - НО ОН НО

2. Протекание реакции по механизму Люкса-Флуда NO 3 - = NO O 2- TiO 2 + O 2- = TiO 3 2-

3. Полимеризация структурных фрагментов взаимодействие образовавшихся поли анионов с катионами калия (при охлаждении) К+

4. Взаимодействие с водой (водным раствором) при отмывке продукта от водорастворимых соединений 5. Упорядочение структуры (кристаллизация) Н 3 О+ Н2ОН2О

Продукт – полититанат калия СТРУКТУРА Слои могут иметь различную конфигурацию (это обуславливает квази аморфный характер структуры) Связь слоев осуществляется через водородные связи между гидроксильными группами В межслойном пространстве расположены также ионы К+, Н 3 О+ и молекулы воды Н 2 О

степень дефектности (аморфности) зависит от условий синтеза и времени контакта с водой при промывке Чем дольше контакт с водой – тем выше упорядоченность структуры (кристалличность)

Кристаллическая структура подобна структуре слоистого лепидокросита (FeOOH) (по данным РФА)

Чешуйчатые частицы ПТК после синтеза, охлаждения и фильтрации сгруппированы в агломераты размер которых зависит от условий синтеза

Химический состав ПТК Зависит от условий синтеза (соотношение TiO 2 / K 2 O в сырьевой смеси и температура, а также длительности промывания водой) K 2 O·nTiO 2 ·zH 2 O N = 2,9-7,6 z = 1,2-3,3

Замена К + на Н + влияет на структуру ПТК (параметры кристаллической решетки)

ПРИМЕНЕНИЯ Прекурсор для химически модифицированных производных Основа: Возможность интеркаляции в межслойное пространство ПТК различных органических и неорганических частиц (катионов, анионов, молекул) Прекурсор для термически модифицированных производных Основа: Высокая реакционная способность квази аморфных ПТК с другими аморфными и высокодисперсными соединениями (метакаолин, стекла, гидроксиды металлов)

Химическая модификация 1. Гидролитическая обработка (изменение соотношения TiO 2 /K 2 O, содержания структурной воды). Обработка в водных растворах кислот. 2. Интеркаляция (органических молекул, органических и неорганических катионов и анионов). Обработка в водных растворах и растворах органических растворителей. 3. Синтез гетероструктур (металл-ПТК, полупроводник-ПТК). Обработка в насыщенных растворах и/или жидких средах в условиях высаживания наночастиц на поверхности ПТК.

Потенциально привлекательные свойства производных ПТК Свойства Значения Формирование высокопрочных наполнителей композиционных материалов Диаметр нм, длина мкм Диаметр нм, длина мкм Коэффициент линейного термического расширения (6-7)×10 -6 К -1 Прочность на разрыв 5-7 ГПа Модуль упругости МПа Термостойкость До 50 циклов 1300ºC (на воздухе) Твердость по шкале Моса 4 Коррозионная стойкость Высокая, особенно в щелочных средах Электропроводность Удельное электросопротивление Ом/см (23 о C) Теплопроводность Вт/(м·K) (23 о C) Удельная теплоемкость 0.8 к Дж/(кг·K) Отражающая и поглощающая способность в видимой и ближней ИК области 93-97% (при толщине 0.3 мм)

Эксфолиация (обработка водными растворами ПАВ в ультразвуковом поле)

Химическая сборка

При интеркаляции (хемосорбции) порфиринов (а-метилфеофорбид) возможно получение супер фото катализаторов окисления активных в видимой области спектра Обработка порфиринами в ксилоле

Термическое модифицирование Диаграмма состояния системы К 2 О – TiO 2

Структурные превращения в ПТК при синтезе и термической обработке Стадии синтеза ПТК Стадии термической обработки ПТК

В зависимости от соотношения TiO2/K2O при нагреве можно получить различные производные Соистая структура ПТК Слоистая структура Типа K 2 Ti 4 O 9 Туннельная (волокнистая) структура типа K 2 Ti 6 O 13

N=4,2 (K2Ti4O9)N=5,8 (K2Ti6O13) N= 5,3 (K3Ti8O17) N=6,6 (K2Ti6O13) N=5,9 (K2Ti6O13) Альтернативный метод синтеза

Термическая обработка агломерированных порошков

Интеркаляция неорганических ионов с последующей термической обработкой позволяет синтезировать новые виды материалов ПТК интеркалированный ионами переходных металлов (Cu, Cr, Fe, Co, Ni) после обжига при Т>450 o C формирует частицы нанокомпозита Голандит + Cu 2 O Голандит + Co

Спасибо за внимание !