Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Научная статья УДК 54.057 : 661.882 : 546.185 doi:10.37614/2949-1215.2022.13.1.013 СИНТЕЗ ФОСФАТОВ ТИТАНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО ТВЕРДОГО ПРЕКУРСОРА Полина Евгеньевна Евстропова Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты, Россия, polinaevstropova@yandex.ru Аннотация Разработан новый недорогой и простой способ синтеза функциональных материалов на основе фосфата титана заданного состава. Синтез основан на гетерогенном взаимодействии фосфорной кислоты с твердым прекурсором (NH4)2TiO(SO4)2 ■Н 2 О. Детально изучено влияние условий синтеза на состав фосфата титана методами ЯМР, ИК-Фурье, РФА, ДТА и установлен механизм образования TiP. Найдены оптимальные условия синтеза, обеспечивающие получение чистой фазы TiO(OH)(H2PO4) ■H 2 O (TiHP). Ключевые слова: титановая соль, прекурсор, фосфат титана, синтез Original article SYNTHESIS OF TITANIUM PHOSPHATES FROM UNCONVENTIONAL SOLID PRECURSOR Polina E. Evstropova I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia, polinaevstropova@yandex.ru Abstract A new low-cost and simple synthesis of titanium phosphate functional materials of desired composition has been developed. The synthesis is based on the heterogeneous interaction between phosphoric acid and the solid (NH4)2TiO(SO4)2 ■Н 2 О precursor. The influence of the synthesis conditions on the titanium phosphate composition has been thoroughly studied using NMR, FT-IR spectroscopy, XRD, DTA techniques and mechanism of TiP formation has been established. Optimal synthesis conditions to provide obtaining of a pure TiO(OH)(H2PO4) ■H 2 O (TiHP) phase have been found. Keywords: titanium salt, precursor, titanium phosphate, synthesis В настоящее время достаточно подробно исследованы физико-химические свойства фосфатов титана (TiP) как перспективных неорганических ионообменников и прекурсоров для катализаторов, полупроводников, биосенсоров, материалов катодных электродов в литиевых батареях. Сложность состояния титана (IV) в растворе и склонность к полимеризации вызывают разнообразие структуры и свойств TiP, которые существенным образом зависят от природы титансодержащего прекурсора и методов синтеза [1]. Как правило, синтез титанофосфатного прекурсора осуществляется методом осаждения из хлоридных или сульфатных растворов титана (IV) введением ортофосфорной кислоты [2], обработкой свежеосажденного гидроксида титана (IV) ортофосфорной кислотой [3], золь — гель методом из растворов с низкой концентрацией реагентов [4]. Основной интерес представляют кислые фосфаты титана, имеющие в своем составе дигидрофосфатные группы. Наличие Н 2 РО 4 " определяет возможность их использования в сорбционных процессах при низких значениях рН. Среди обширного класса фосфатов титана на сегодняшний день известно всего два соединения, имеющих в своем составе только дигидрофосфатные группы: Ti 2 O 3 (H 2 PO 4)2 • 2 H 2 O [5-7] и TiO(OH)(H2PO4) • 2 H 2 O (TiHP) [8, 9]. Эти соединения имеют слоистую структуру, поэтому в их межслоевые пространства можно внедрять различные частицы, придавая им новые свойства, способствующие расширению их применения. Как правило, синтез таких материалов достаточно сложен, это длительный и многоступенчатый процесс, требующий жестких условий ведения, большого расхода реагентов, высоких температур, использования автоклавного оборудования и органических темплатов. Несмотря на высокие эксплуатационные характеристики, эти материалы не нашли применения в промышленности в связи со сложностью синтеза, а следовательно, высокой ценой конечных продуктов. С этой точки зрения, несомненный интерес представляют новые, менее затратные варианты их получения. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 79-84. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 79-84. © Евстропова П. Е., 2022 79