1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 7, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 7, стр. 772-779

Фазовые превращения прекурсоров оксидных систем TiO2–ZrO2–Y2O3 и TiO2–Al2O3–ZrO2–Y2O3, полученных электрохимическим методом

А. Ф. Дресвянников 1, *, Е. В. Петрова 1, Л. И. Кашфразыева 1, А. И. Хайруллина 1

1 Казанский национальный исследовательский технологический университет
420015 Казань, ул. К. Маркса, 68, Россия

* E-mail: a.dresvyannikov@mail.ru

Поступила в редакцию 15.02.2023
После доработки 05.05.2023
Принята к публикации 10.05.2023

Аннотация

Исследование посвящено получению прекурсоров сложных оксидных систем электрохимическим методом, основанным на процессе анодного растворения титана в электролите, содержащем ионы Cl–, NO3–, Al3+, Zr4+ и Y3+ в присутствии электрогенерируемых на катоде OH–-ионов, взаимодействии продуктов электродных реакций, их гидролизе, соосаждении гидролизованных форм. Синтез осуществляли в коаксиальном бездиафрагменном электрохимическом реакторе с существенно различающимися по площади электродами с последующим формированием первичных частиц прекурсоров оксидных фаз за счет гидролиза, поликонденсации и кристаллизации. Предлагаемый подход позволяет получать сложные системы на основе оксида титана в виде фаз анатаза и брукита, стабильных в диапазоне температур 80–550°С, а введение ионов Al3+ дополнительно приводит к появлению фазы бемита, не претерпевающей изменений вплоть до 550°С. После термообработки осадков при 1100°С повышается степень кристалличности образцов, причем во всех синтезированных оксидных системах обнаружены фазы рутила (TiO2) и сложного оксида TiZrO2. Появление Ti2Y2O7 позволяет стабилизировать сформированную в процессе электролиза кубическую фазу диоксида циркония, которая обеспечивает высокую механическую прочность, коррозионную устойчивость и спекаемость частиц керамики на основе диоксидов титана и циркония, модифицированных оксидами алюминия и иттрия.

Ключевые слова: диоксид титана, фазовый состав, анодное растворение, высокодисперсная сложная оксидная система

Список литературы

  1. Nadeem M., Tungmunnithum D., Hano Ch., Haider Abbasi B., Salman Hashmi S., Ahmad W., Zahir A. The Current Trends in the Green Syntheses of Titanium Oxide Nanoparticles and Their Applications // Green Chem. Lett. Rev. 2018. V. 11. № 4. P. 492–502. https://doi.org/10.1080/17518253.2018.1538430

  2. Степанов А.Ю., Сотникова Л.В., Владимиров А.А. и др. Синтез и исследование фотокаталитических свойств материалов на основе TiO2 // Вестн. Кемеровского гос. ун-та. 2013. Т 54. № 2–1. С. 249–255.

  3. Василевская А.К., Альмяшева О.В. Особенности фазообразования в системе ZrO2–TiO2 в гидротермальных условиях // Наносистемы: физика, химия, математика. 2012. Т. 3. № 4. С. 75–81.

  4. Flegler A.J., Burye Th.E., Yang Q., Nicholas J.D. Cubic Yttria Stabilized Zirconia Sintering Additive Impacts: A Comparative Study // Ceram. Int. 2014. V. 40. № 10B. P. 16323–16335. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.07.071

  5. Curioni M., Scenini F. The Mechanism of Hydrogen Evolution During Anodic Polarization of Aluminium // Electrochim. Acta. 2015. V. 180. P. 712–721. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.08.076

  6. Бардаханов С.П., Ким А.В., Лысенко В.И., Номоев А.В. Свойства керамики, полученной из нанодисперсных порошков // Неорган. материалы. 2009. Т. 45. № 3. С. 379–384.

  7. Коленько Ю.В., Бурухин А.А., Чурагулов Б.Р., Олейников Н.Н. Фазовый состав нанокристаллического диоксида титана, синтезированного в гидротермальных условиях из различных соединений титанила // Неорган. материалы. 2004. Т. 40. № 8. С. 942–949.

  8. Kolen’ko Yu.V., Maximov V.D., Garshev A.V., Meskin P.E., Oleynikov N.N., Churagulov B.R. Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline and Mesoporous Titania from Aqueous Complex Titanyl Oxalate Acid Solutions // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 388. № 4–6. P. 411–415. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2004.03.042

  9. Мурашкевич А.Н., Алисиенок О.А., Жарский И.М., Коробко Е.В., Журавский Н.А., Новикова З.А. Физико-химические и электрореологические свойства диоксида титана, модифицированного оксидами металлов // Коллоид. журн. 2014. Т. 76. № 4. С. 506–512. https://doi.org/10.7868/S0023291214040119

  10. Xiaojing Xu, Xiqing Xu, Jiachen Liu, Wenhu Hong, Haiyan Du, Feng Hou Low-Temperature Fabrication of Al2O3–ZrO2 (Y2O3) Nanocomposites through Hot Pressing of Amorphous Powders // Ceram. Int. 2016. V. 42. № 1. P. 15065–15071. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.168

  11. Хайруллина А.И., Кашфразыева Л.И., Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Ахметова А.Н. Электрохимическое получение прекурсоров оксидных систем на основе титана // Вестн. технол. ун-та. 2022. Т. 25. № 6. С. 33–37. https://doi.org/10.55421/1998-7072_2022_25_6_33

  12. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986. 350 с.

  13. Петрова Е.В., Дресвянников А.Ф., Хайруллина А.И., Межевич Ж.В. Физико-химические свойства оксида алюминия, синтезированного с использованием электрогенерированных реагентов // Журн. физ. химии. 2019. Т. 93. № 7. С. 1103–1110. https://doi.org/10.1134/S0044453719070227

  14. Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В., Хайруллина А.И. Синтез высокодисперсных образцов системы Al2O3–ZrO2–MgO с использованием электрогенерированных реагентов // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 3. С. 264–270. https://doi.org/10.1134/S0002337X19030060

  15. Дресвянников А.Ф., Петрова Е.В., Хайруллина А.И. Физико-химические закономерности SPS-компактирования алюмоциркониевых высокодисперсных оксидов, полученных электрохимическим способом // Физика и химия обраб. материалов. 2017. № 3. С. 56–63.

  16. Иванов-Павлов Д.А., Конаков В.Г., Голубев С.Н., Ануфриков Ю.А. Исследование взаимосвязи фазового состава керамик Y2O3–TiO2–ZrO2 и их электрохимических характеристик // Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. 2010. Т. 4. № 1. С. 142–148.

  17. Zhang D., Zeng F. Structural, Photochemical and Photocatalytic Properties of Zirconium Oxide Doped TiO2 Nanocrystallites // Appl. Surf. Sci. 2010. V. 257. № 3. P. 867–871. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.07.083

  18. Leverkoehne M., Janssen R., Claussen C. Phase Development of ZrxAly–Al2O3 Composites during Reaction Sintering of Al/ZrO2/Al2O3 Powder Mixtures // J. Mater. Sci. Lett. 2002. V. 21. № 2. P. 179–183. https://doi.org/10.1023/A:1014213719402

  19. Jerebtsov D., Mikhailov G., Sverdina S. Phase Diagram of the System Al2O3–ZrO2 // Ceram. Int. 2000. V. 26. № 8. P. 821–830. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(00)00023-7

  20. Yasin A.S., Obaid M., El-Newehy M.H., Al-Deyab S.S., Barakat Nasser A.M. Influence of TixZr(1−x)O2 Nanofibers Composition on the Photocatalytic Activity toward Organic Pollutants Degradation and Water Splitting // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 9. P. 11876–11885. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.05.156

  21. Yu G., Zhu L., Zhang G., Qin G., Fu H., Ji F., Zhao J. Preparation and Characterization of the Continuous Titanium-Doped ZrO2 Mesoporous Fibers with Large Surface Area // J. Porous Mater. 2014. V. 21. P. 105–112. https://doi.org/10.1007/s10934-013-9753-8

  22. Song J., Wang X., Yan J., Yu J., Sun G., Ding B. Soft Zr-Doped TiO2 Nanofibrous Membranes with Enhanced Photocatalytic Activity for Water Purification // Sci. Rep. 2017. V. 7. https://doi.org/10.1038/s41598-017-01969-w

  23. Barakat N.A.M., Hassan A.A.Y., Matar S.M.E.-S., Awad M.O.A., Ali A.S.Y. ZrO2/TiO2 Nanofiber Catalyst for Effective Liquefaction of Agricultural Wastes in Subcritical Methanol // Sep. Sci. Technol. 2018. V. 53. P. 2628–2638. https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1458876

  24. Manan Dholakia, Sharat Chandra, Mathi Jaya S. Properties of Y2TiO5 and Y2Ti2O7 Crystals: Development of Novel Interatomic Potentials // J. Alloys Compd. 2018. V. 739. P. 1037–1047. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.244

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал