Том 69, № 3 (2024)

Методом совместной кристаллизации растворов азотнокислых солей синтезированы ксерогели и высокодисперсные мезопористые порошки в системах СeO₂–Nd₂O₃ и Gd₂O₃–La₂O₃–SrO–Ni(Co)₂O_3–ä и на их основе получены нанокерамические материалы с кристаллической кубической структурой типа флюорита и орторомбической структурой типа перовскита с областью когерентного рассеяния ~55–88 нм (1300°С) соответственно. Изучены физико-химические свойства полученной керамики; выявлено, что она обладает открытой пористостью 7–11% для системы СeO₂–Nd₂O₃ и 17–42% для системы Gd₂O₃–La₂O₃–SrO–Ni(Co)₂O_3–ä. Материалы на основе оксида церия обладают преимущественно ионным (числа переноса ионов t_i = 0.71–0.89 в интервале 300–700°С) типом электропроводности, обусловленным образованием подвижных кислородных вакансий при гетеровалентном замещении Се⁴⁺ на Nd³⁺ (σ_700°С = 0.31 × 10^–2 См/см). Твердые растворы на основе кобальтита и никелата гадолиния обладают смешанной электронно-ионной проводимостью (σ_700°С = 0.59 × 10^–1 См/см) с числами переноса t_e = = 0.92–0.99, t_i = 0.08–0.01. Показана перспективность использования полученных керамических материалов в качестве твердооксидных электролитов и электродов среднетемпературных топливных элементов.

Впервые показано, что 2D-нанокристаллы ZnO со структурой вюрцита и Mn₃O₄ со структурой гаусманита и морфологией перфорированных нанолистов могут быть получены на основе соединений, которые образуются в результате реакций, протекающих на поверхности водных растворов ацетатов соответствующих металлов при обработке ее газообразным NH₃. Нанесение указанных слоев на поверхность кремния делает его гидрофобным в случае ZnO и супергидрофильным в случае Mn₃O₄. С помощью предложенной методики синтеза возможно последовательное и многократное нанесение данных соединений на поверхность подложки. Показано, что подобные “мультислои” могут проявлять новые свойства.

Обзор посвящен получению 2D-графеновых наноструктур (малослойного графена) по разработанной авторами методике карбонизации биополимеров в условиях процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В работе выполнен анализ и обобщение полученных экспериментальных и некоторых теоретических результатов, на основе которых предложена феноменологическая модель синтеза 2D-графеновых структур в условиях СВС. Основное внимание сфокусировано на результатах, полученных за последние 10 лет. Рассмотрены перспективы проводимых исследований по карбонизации биополимеров. Особое внимание уделено областям исследований, которые, как ожидается, будут наиболее интересными для практического применения малослойного графена в ближайшем будущем.

Осаждением из водных растворов и золь-гель методом синтезированы нанопорошки магнетит-маггемитового ряда и выполнено сравнительное комплексное исследование их структуры методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота и малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Установлено, что полученные нанопорошки оксидов железа являются пористыми системами, обладающими в зависимости от метода синтеза одноуровневой, двухуровневой (для порошков, полученных водным синтезом) или трехуровневой (для порошков, полученных золь-гель методом) иерархической организацией структуры с разным масштабом и разным типом агрегации для каждого из структурных уровней, причем характерный размер для большего по размеру уровня в обоих случаях >45 нм. Выявлено, что магнитная структура полученных порошков оксидов железа независимо от метода синтеза состоит из суперпарамагнитных частиц с характерным радиусом магнитных R_М ~ 4 нм и магнитно-ядерных кросс-корреляций R_MN ~ 3 нм для порошков, полученных золь-гель методом, и R_M ~ 5–11 нм, R_MN ~ 4–8 нм для порошков, полученных водным синтезом, в зависимости от условий получения.

Слоистый перовскитоподобный ниобат CsBa₂Nb₃O₁₀ впервые синтезирован в однофазном виде с использованием как нитратов, так и карбонатов цезия и бария. Показано, что полученный ниобат, в отличие от Ca-, Sr- и Pb-содержащих аналогов, не подвергается замещению межслоевых щелочных катионов на протоны (протонированию) при обработке кислотами в различных условиях. Возможная причина химической инертности ниобата состоит в частичном разупорядочении катионов цезия и бария между межслоевым пространством и блоком перовскита, препятствующем межслоевому ионному обмену. Оптическая ширина запрещенной зоны CsBa₂Nb₃O₁₀ (2.8 эВ) потенциально позволяет ниобату использовать видимый свет (λ < 443 нм) для осуществления фотокаталитических превращений. Однако фотокаталитический потенциал данного соединения применительно к процессам генерации водорода остается нераскрытым, так как способность межслоевого пространства к протонированию и гидратации является принципиально важным фактором, определяющим фотокаталитическую активность ионообменных слоистых перовскитоподобных оксидов.

В работе золь-гель методом синтезированы Mn²⁺-содержащие материалы MgO–Al₂O₃–ZrO₂–SiO₂, исследована их структура, морфология, химический состав и люминесцентные свойства. Для изучения материалов использованы методы рентгенофазового, электронно-микроскопического, энергодисперсионного анализа и люминесцентной спектроскопии. Показано, что применение золь-гель метода обеспечивает высокую однородность химического состава по объему синтезированных материалов. Введение Mn в состав золь-гель материалов существенно ускоряет протекание в них процессов кристаллизации в ходе термообработки. В спектрах люминесценции материалов наблюдается несколько групп полос эмиссии, расположенных в синей и желто-красной частях видимого спектрального диапазона. Полученные материалы перспективны для применения в качестве люминофоров в технологической светотехнике растениеводства.

Представлены результаты анализа и экспериментальных исследований синтетических алюмосиликатов (монтмориллонитов, каолинитов, цеолитов) с целью их применения в медицине, а именно: в области энтеро- и гемосорбции, при разработке систем адресной доставки лекарственных препаратов с пролонгированным и pH-контролируемым выходом активного вещества в различных средах, а также в качестве компонентов раневых покрытий. Монтмориллониты, алюмосиликаты подгруппы каолинита с различной морфологией частиц и цеолиты структурных типов Beta, Rho и Y получены в гидротермальных условиях и охарактеризованы при помощи комплекса физико-химических методов исследования. Представлены результаты изучения адсорбции и десорбции модельных лекарственных препаратов (тиамина гидрохлорида, 5-фторурацила) из пористых алюмосиликатных матриц разного химического состава в различных средах, моделирующих среды организма; адсорбции маркеров эндогенной интоксикации (например, метиленового голубого); способности алюмосиликатов к биодеградации в средах организма, а также результаты исследования биологической активности, в частности цитотоксичности и гемолитической активности, синтетических алюмосиликатов. Выявлены большие перспективы применения синтетических алюмосиликатов для получения нетоксичных высокоэффективных сорбентов медицинского назначения и носителей лекарственных препаратов.

Изучены фазовые равновесия в системе La₂O₃–SrO–ZrO₂, перспективной в качестве основы для разработки высокотемпературной керамики и материалов с уникальными оптическими, электрохимическими и каталитическими свойствами. Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в рассматриваемой системе с привлечением базы данных NUCLEA и минимизатора энергии Гиббса GEMINI2. Рассчитано 13 изотермических и одно политермическое сечение фазовой диаграммы системы La₂O₃–SrO–ZrO₂ в температурном интервале 600–3023 K. Полученные данные о фазовых равновесиях в системе La₂O₃–SrO–ZrO₂ сопоставлены с известной информацией для соответствующих бинарных систем. Показано, что фазовые соотношения в изученной системе полностью коррелируют с наличием фаз, присутствующих в соответствующих бинарных системах. Рассмотрены изменения фазовых соотношений и границ одно-, двух- и трехфазных областей в исследуемой системе при повышении температуры. Выявлены четыре точки тройной эвтектики при 2039, 2105, 2120 и 2351 K.