Металлорганические координационные полимеры на основе галловой кислоты и катионов Mg, Ca, Eu, Nd
- 作者: 1, 1
-
隶属关系:
- Самарский государственный технический университет
- 期: 卷 1 (2024)
- 页面: 236-237
- 栏目: ЧАСТЬ I. Химия
- URL: https://snv63.ru/osnk-sr2024/article/view/631720
- ID: 631720
如何引用文章
全文:
详细
Обоснование. Металлорганические каркасные полимеры (МОКП) — это материалы с перспективными электрическими, оптоэлектронными и сорбционными свойствами. Они используются в электронике, твердотопливных и солнечных элементах. Координационные полимеры — это уникальный класс материалов, сочетающих в себе многие из перечисленных свойств, обладающих при этом высокой степенью разнообразия и способностью варьировать свойства для достижения их оптимального сочетания.
Цель — синтез и исследование фактических свойств металлорганических координационных полимеров.
Методы. В работе проведен кристаллохимический анализ в программе ToposPro (v 5.2.2.1) [1] для МОКП на основе галловой кислоты и металлов Ca, Mg, Eu, Nd с целью установления топологии и построения натурального тайлинга. Топологический тип определяли с использованием алгоритма ADS [2], с его же помощью рассчитывали натуральный тайлинг. Моделирование физических свойств проводилось в программе VASP, определение упругих констант выполнялось в онлайн-инструменте ELATE: Elastic tensor analysis [3].
Координационные полимеры магния и кальция получали гидротермальными методом, для галлата магния дополнительно применяли другой растворитель — ДМФА. Галлаты лантаноидов получали сольвотермальным методом в среде ДМФА. Подтверждение структуры проводилось рентгенофазовым анализом, сравнивались значения межплоскостных расстояний с литературными данными. Также структура подтвердилась характеристическими частотами карбоксильной и фенильных групп в ИК-области ЭМИ. Мерность структур подтверждали методом ультразвуковой эксфолиации.
Термическую стабильность синтезированных образцов изучали методом термогравиметрии на дериватографе ОД-112 (1976 год).
Результаты. Для МОКП галлатов Ca, Mg были рассчитаны и сравнены модули упругих констант (табл. 1–2). Также была рассчитана ширина запрещенной зоны, которая составила 2,11 эВ для галлата кальция и 2,69 эВ для галлата магния.
Таблица 1. Упругие константы галлата магния
Метод усреднения | B, кБар | E, кБар | G, кБар | v |
Хилл | 3043,6 | 2447,2 | 895,59 | 0,36599 |
Таблица 2. Упругие константы галлата кальция
Метод усреднения | B, кБар | E, кБар | G, кБар | v |
Хилл | 3411,7 | 4187,1 | 1616,1 | 0,29545 |
Галлаты неодима и европия имеют двумерную слоистую топологию 42L1. Галлат кальция имеет уникальную топологию, запись о которой отсутствует в базе данных, галлат магния имеет трехмерную кристаллическую решетку с топологией pth. Для МОКП Mg тайлинг имеет конфигурацию [4.82]+[83], он построен из двух типов тайлов, тайлинг МОКП Ca имеет вид 3[44.82]+2[32.43.6.82], он также состоит из тайлов двух видов. При исследовании условий синтеза установлено, что для галлатов лантаноидов наиболее эффективным является сольвотермальный синтез в ДМФА, а для галлатов двухвалентных металлов — гидротермальный. Рентгенофазовым анализом подтверждена структура полученных галлатов. ИК-спектроскопическим исследованием установлено, что в координации металла участвуют атомы кислорода карбоксильных и гидроксильных групп. Для галлатов лантаноидов показано разделение их кристаллов на наноразмерные объекты методом ультразвуковой эксфолиации. Термогравиметрический анализ образцов МОКП Са, Nd и Eu показал, что разложение данных галлатов сопровождается двумя термическими эффектами.
Выводы. Сравнение матриц упругих констант галлатов двухвалентных металлов позволяет сделать вывод о более высокой устойчивости галлата кальция. Определение ширины запрещенной зоны показало наличие полупроводниковых свойств галлата кальция и слабых полупроводниковых свойств галлата магния. Для всех соединений был проведен кристаллохимический анализ. Галлаты кальция, магния успешно кристаллизовались гидротермальным методом из солей сильных кислот, а галлаты лантаноидов сольвотермальным из хлоридов в среде ДМФА. С использованием рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии было доказано образование металлоорганических каркасов. Также было установлено, что галлат Са обладает более высокой термической стабильностью, чем галлаты лантаноидов.
全文:
Обоснование. Металлорганические каркасные полимеры (МОКП) — это материалы с перспективными электрическими, оптоэлектронными и сорбционными свойствами. Они используются в электронике, твердотопливных и солнечных элементах. Координационные полимеры — это уникальный класс материалов, сочетающих в себе многие из перечисленных свойств, обладающих при этом высокой степенью разнообразия и способностью варьировать свойства для достижения их оптимального сочетания.
Цель — синтез и исследование фактических свойств металлорганических координационных полимеров.
Методы. В работе проведен кристаллохимический анализ в программе ToposPro (v 5.2.2.1) [1] для МОКП на основе галловой кислоты и металлов Ca, Mg, Eu, Nd с целью установления топологии и построения натурального тайлинга. Топологический тип определяли с использованием алгоритма ADS [2], с его же помощью рассчитывали натуральный тайлинг. Моделирование физических свойств проводилось в программе VASP, определение упругих констант выполнялось в онлайн-инструменте ELATE: Elastic tensor analysis [3].
Координационные полимеры магния и кальция получали гидротермальными методом, для галлата магния дополнительно применяли другой растворитель — ДМФА. Галлаты лантаноидов получали сольвотермальным методом в среде ДМФА. Подтверждение структуры проводилось рентгенофазовым анализом, сравнивались значения межплоскостных расстояний с литературными данными. Также структура подтвердилась характеристическими частотами карбоксильной и фенильных групп в ИК-области ЭМИ. Мерность структур подтверждали методом ультразвуковой эксфолиации.
Термическую стабильность синтезированных образцов изучали методом термогравиметрии на дериватографе ОД-112 (1976 год).
Результаты. Для МОКП галлатов Ca, Mg были рассчитаны и сравнены модули упругих констант (табл. 1–2). Также была рассчитана ширина запрещенной зоны, которая составила 2,11 эВ для галлата кальция и 2,69 эВ для галлата магния.
Таблица 1. Упругие константы галлата магния
Метод усреднения | B, кБар | E, кБар | G, кБар | v |
Хилл | 3043,6 | 2447,2 | 895,59 | 0,36599 |
Таблица 2. Упругие константы галлата кальция
Метод усреднения | B, кБар | E, кБар | G, кБар | v |
Хилл | 3411,7 | 4187,1 | 1616,1 | 0,29545 |
Галлаты неодима и европия имеют двумерную слоистую топологию 42L1. Галлат кальция имеет уникальную топологию, запись о которой отсутствует в базе данных, галлат магния имеет трехмерную кристаллическую решетку с топологией pth. Для МОКП Mg тайлинг имеет конфигурацию [4.82]+[83], он построен из двух типов тайлов, тайлинг МОКП Ca имеет вид 3[44.82]+2[32.43.6.82], он также состоит из тайлов двух видов. При исследовании условий синтеза установлено, что для галлатов лантаноидов наиболее эффективным является сольвотермальный синтез в ДМФА, а для галлатов двухвалентных металлов — гидротермальный. Рентгенофазовым анализом подтверждена структура полученных галлатов. ИК-спектроскопическим исследованием установлено, что в координации металла участвуют атомы кислорода карбоксильных и гидроксильных групп. Для галлатов лантаноидов показано разделение их кристаллов на наноразмерные объекты методом ультразвуковой эксфолиации. Термогравиметрический анализ образцов МОКП Са, Nd и Eu показал, что разложение данных галлатов сопровождается двумя термическими эффектами.
Выводы. Сравнение матриц упругих констант галлатов двухвалентных металлов позволяет сделать вывод о более высокой устойчивости галлата кальция. Определение ширины запрещенной зоны показало наличие полупроводниковых свойств галлата кальция и слабых полупроводниковых свойств галлата магния. Для всех соединений был проведен кристаллохимический анализ. Галлаты кальция, магния успешно кристаллизовались гидротермальным методом из солей сильных кислот, а галлаты лантаноидов сольвотермальным из хлоридов в среде ДМФА. С использованием рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии было доказано образование металлоорганических каркасов. Также было установлено, что галлат Са обладает более высокой термической стабильностью, чем галлаты лантаноидов.
作者简介
Самарский государственный технический университет
编辑信件的主要联系方式.
Email: di71635iva@gmail.com
студент, группа 6, химико-технологический факультет
俄罗斯联邦, СамараСамарский государственный технический университет
Email: kelasyeva@gmail.com
студентка, группа 6, химико-технологический факультет
俄罗斯联邦, Самара参考
- Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Учебное пособие. Самара: Самарский университет, 2001. 57 с.
- Блатов В.А., Прозерпио Д.М. TOPOS. Практическое руководство 1.1.0 2021.
- Gaillac R., Pullumbi P., Coudert F.-X. ELATE: elastic tensor analysis // J Phys Condens Matter. 2016. Vol. 28. ID 275201. doi: 10.1088/0953-8984/28/27/275201
补充文件
