Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Abstract Modern trends in materials science require precise control over the morphology and structure of nanomaterials, as these parameters determine their functional properties. This work investigates the influence of synthesis methods (co-precipitation and spray drying) and nickel doping on the morphology, texture, and thermal stability of manganese oxides. It has been established that spray drying allows us to form spherical supraparticles with a controlled size (11.6-18.3 nm) and a developed mesoporous structure (2-50 nm), in contrast to traditional precipitation, which leads to the formation of irregularly shaped agglomerates. The introduction of nickel (5 mol%) contributes to an increase in specific surface area (up to 100.9 m2/g), stabilization of the porous structure, and the appearance of macropores that improve mass transfer. Using scanning electron microscopy, nitrogen adsorption, Raman spectroscopy, and thermogravimetric analysis, it has been shown that spray drying provides a more uniform porous structure, while heat treatment and doping affect the crystalline organization and stability of the material. Keywords: manganese oxide, spray drying, mesoporous materials, doping, morphological control, texture Funding: The work was supported by the grant of the Russian Science Foundation No. 25-23-00268. For citation: The role of synthesis method on the textural characteristics of MnO 2 : comparative analysis of spray drying and traditional approaches / E. V. Saenko [et al.] // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 30-36. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.2.004. Введение Современные тенденции в материаловедении демонстрируют критическую зависимость функциональных характеристик наноматериалов от их структурной организации, которая, в свою очередь, определяется условиями синтеза, составом и методами получения. Особую актуальность приобретает задача управления размером, формой и морфологией нанообъектов, поскольку эти параметры напрямую влияют на их каталитические, электрохимические, сорбционные и биомедицинские свойства [1; 2]. Данная проблема находится на стыке коллоидной химии, физики мягких сред и порошковой технологии, что подчеркивает ее междисциплинарную значимость. Оксиды марганца представляют собой перспективный класс материалов благодаря уникальному структурному разнообразию , включающему слоистые и туннельные типы , что позволяет формировать пористые системы с иерархией пор от ультрамикро- до мезоразмерного диапазона [3-5]. Их кристаллическая структура образована октаэдрическими блоками [Mn 2+(OH)6], [Mn3+(O, OH)6] и [Mn4+Oe], связанными через общие вершины и/или ребра. При этом пористость материала формируется in situ в ходе синтеза, а ее топология (размер, форма, взаимное расположение пор) определяется морфологией первичных частиц. Однако до сих пор остается нерешенной фундаментальная проблема одновременного контроля кристаллической структуры и морфологии оксидов марганца, что ограничивает возможности их направленного дизайна для конкретных приложений. В последних исследованиях [6; 7] установлено, что условия сушки играют ключевую роль в формировании кристаллической фазы MnO 2 , когда можно значительно снизить энергетический барьер фазовых переходов между различными модификациями M nO 2 и обеспечить направленную сборку [Мп06]-октаэдров в контролируемых условиях. В работе [1] изучены температурно­ зависимые фазовые превращения a-M nO 2 ^ P-MnO 2 ^ а-ЫшѲэ ^ МпэѲ 4 , подтверждающие тесную взаимосвязь «состав — структура — свойства». Особое внимание уделено необходимости точного регулирования размера частиц, морфологии, удельной поверхности и степени окисления марганца. Среди ключевых нерешенных проблем выделяются: низкая проводимость; полидисперсность частиц; неконтролируемые процессы диспропорционирования марганца. Для преодоления этих ограничений перспективным представляется использование метода распылительной сушки, обеспечивающего формирование сферических супрачастиц — сложных микроразмерных агрегатов, состоящих из первичных наночастиц. Данный метод обеспечивает высокую воспроизводимость морфологии частиц, что открывает новые возможности для создания функциональных материалов с заданными свойствами. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 30-36. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 30-36. © Саенко Е. В., Храмцов П. В., Бердников Р. А., Вальцифер В. А., 2025 31