Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК 66.091:546.824’185’311 СИНТЕЗ МОНОФАЗНЫХ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ ДВОЙНЫХ ФОСФАТОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В.И. Иваненко, С.В. Аксенова, Э.П. Локшин, А.Т. Беляевский Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация На основе изучения процессов комплексообразования определены условия существования гидратированных аквагидрофосфатов переходных металлов в водных средах. Поляризация ацидолиганда приводит к повышению подвижности протона в гидрофосфате и способности к катионному обмену. В высоко гидратированных образцах возможно достижение статической обменной емкости, близкой к теоретической и равной содержанию HPO4-групп. Разработан метод синтеза наноразмерных порошков двойных фосфатов переходных металлов стехиометрического состава и их твердых растворов с использованием процессов сорбционного замещения протонов гидратированного гидрофосфата переходного металла катионами щелочных металлов. При термической обработке прекурсоров образуются монофазные кристаллические наноразмерные или ультрадисперсные порошки двойных фосфатов переходных металлов стехиометрического состава. Ключевые слова: порошки, двойные фосфаты переходных металлов, комплексообразование, ионный обмен, синтез. SYNTHESIS OF MONOPHASE NANO-SIZE POWDERS OF DOUBLE PHOSPHATHES OF TRANSITIVE METALS V.I. Ivanenko, S.V. Aksenova, E.P. Lokshin, A.T. Beljaevskij I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract On the basis of studying of processes of complexformation the conditions of existence of the hydrated hydrophosphates of transitive metals in aqueous media have been defined. The polarization of acidoligand results in rise of mobility of a proton in hydrophosphate and ability to cationic exchange. The highly hydrated samples can achieve a static exchange capacity, which is close to theoretical and equals the HPO4-group content. A method of synthesis of nano-size powders of the double phosphates of transitive metals stoichiometric compounds and their solid solutions by using sorption displacement of hydrated transitive metal hydrophosphate protons by alkali metal cations, has been developed. Thermal treatment of precursors results in monophase crystalline nano-size or superdispersed powders of double transitive metals phosphates of stoichiometric composition. Keywords: powders, double orthophosphates o f transitive metals, complexformation, ion exchange, synthesis. Неорганические материалы на основе двойных фосфатов переходных металлов находят широкое применение в различных областях техники и имеют различное функциональное назначение. Для разработки общих подходов к направленному синтезу порошков таких материалов в водных средах авторами изучены условия формирования аквагидрофосфантых комплексов переходных металлов и реорганизации в них внутренней координационной сферы при проведении процессов катионного замещения. Поскольку аквагидрофосфатные комплексы переходных металлов обладают ионообменными свойствами и способны принимать участие в процессах катионного замещения, они могут рассматриваться как перспективные прекурсоры для синтеза в водных средах гидратированных соединений с заданным составом. При этом возможно достижение высокой степени гомогенизации компонентов с получением монофазных целевых продуктов заданного химического состава. Так, в [1, 2] показано, что гидрофосфат титанила сотава TiOHPO4-ag может быть использован в качестве эффективного прекурсора при синтезе порошков сегнетоэлектрических материалов соединений группы титанилфосфата калия (KTP) в водных растворах, поскольку в гидратированных гидрофофатных комплексах титана(ГУ) поляризация ацидолиганда в поле атома титана приводит к повышению подвижности протонов и способности их к замещению на катионы щелочного металла [3]. Изучение условий кристаллизации оксофосфатов титанаСТУ), полученных после замещения ионов водорода катионами металлов в гидратированных гидрофосфатах титанаСТУ), позволило разработать способ синтеза соединений группы KTP [2]. Замещение протонов высоко гидратированного TiOHPO4nH2O (n>3) катионами лития, натрия, калия, рубидия или цезия в водной среде при 20-60°C обеспечивает стехиометрическое соотношение M:Ti:P в прекурсоре. После термической обработки образуются монофазные кристаллические порошки целевого продукта стехиометрического состава. 354