CC BY
13
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 205-206. Transactions tola Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 205-206.
Научная статья УДК 544.774.2
DOI:10.37614/2307-5252.2021.2.5.042 БИНАРНЫЕ АЭРОГЕЛИ AhO3-TiO2:
СИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭПОКСИД-ИНДУЦИРОВАННОГО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЕРЕХОДА
Леонид Алексеевич ПолевойАлександр Евгеньевич Баранчиков2, Владимир Константинович Иванов3
12 3Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия
1xhokantu@gmail. com
2a.baranchikov@yandex.ru
3van@igic.ras.ru
Аннотация
Предложен новый метод синтеза бинарных аэрогелей AhO3-TiO2, основанный на эпоксид-индуцированном золь-гель переходе в среде диметилформамида. В качестве исходных веществ для синтеза использованы нитрат алюминия и тетрахлорид титана. Полученные бинарные рентгеноаморфные аэрогели характеризуются высокой удельной поверхностью (250-750 м2/г), высокой пористостью 86-95 %, однородностью химического состава. Ключевые слова:
аэрогели, оксид алюминия, оксид титана, наноматериалы, золь-гель синтез Финансирование
Работа выполнена при поддержке РНФ 19-73-20125.
Original article
A NEW EPOXIDE-MEDIATED ROUTE FOR BINARY AhO3-TiO2 AEROGELS Leonid A. Polevoy1B, Alexander E. Baranchikov2, Vladimir K. Ivanov3
12 3Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
1xhokantu@gmail.com
2a.baranchikov@yandex.ru
3van@igic.ras.ru
Abstract
A new method for the synthesis of binary aerogels AhO3-TiO2 by epoxide-mediated route was proposed. The synthesis is conducted in DMF solution, the starting materials for the synthesis are aluminium nitrate and titanium chloride. The obtained homogeneous amorphous aerogels possess high surface (250-750 m2/g) and porosity (86-95 %). Keywords:
aerogels, alumina, titania, nanomaterials, sol-gel synthesis Funding
This work was supported by the Russian Science Foundation 19-73-20125.
Аэрогели представляют собой особый тип материалов с открытой пористой трехмерной структурой, который получают из лиогелей путем полного замещения жидкой фазы на газовую в процессе сверхкритической сушки. В настоящее время в наибольшей степени отработаны синтетические подоходы к получению аэрогелей на основе оксида кремния, включая аэрогели с иммобилизованными функциональными группами, а также бинарные аэрогели, в том числе SiO2-TiO2. Для ряда практических применений, например создания новых каталитических систем, значительный интерес представляют индивидуальные и смешанные аэрогели на основе оксида алюминия с высокой гомогенностью распределения компонентов. Анализ литературы показал, что известные методы синтеза подобных материалов, например аэрогелей АЬОз-ТЮ2, включают в себя использование алкоксидов алюминия и титана [1-4]. Ввиду чрезвычайно высокой реакционной способности этих соединений, актуальным представляется создание простых и эффективных методик получения смешанных аэрогелей АЬОз-ТЮ2.
© Полевой Л. А., Баранчиков А. Е., Иванов В. К., 2021
В настоящей работе предложен путь решения этой задачи, основанный на гидролизе нитрата алюминия и хлорида титана (IV) в диметилформамиде в присутствии пропиленоксида.
Были синтезированы аэрогели номинального состава xAhO3 - (1-х) TiO2, где x = 0, 0,1, 0,2, 0,5, 1. Рассмотрим методику синтеза на примере получения аэрогеля AhO3-TiO2 состава (AhO3)0,5(TiO2)0,5: в 20 мл ДМФА медленно растворили 0,51 мл TiCU, затем добавили 1 мл H2O при интенсивном перемешивании. Через 5 мин в раствор добавили 2 г нитрата алюминия. После полного растворения соли в смесь постепенно добавили 8,76 мл пропиленоксида. Продолжительность гелирования для данной системы составила 15 мин. Оказалось, что продолжительность гелирования в значительной степени зависит от содержания хлорида титана (IV) в растворе и меняется в диапазоне от 10 с до 30 мин. Полученные лиогели остаривали в течение 24 часов при комнатной температуре. Гели промывали изопропанолом для удаления воды, затем высушивали в сверхкритическом CO2.
Далее аэрогели анализировали методами низкотемпературной адсорбции азота, рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа, ИК-спектроскопии и гелиевой пикнометрии.
Предложенная методика позволила получить монолитные лиогели Al2O3-TiO2, которые после сверхкритической сушки в углекислом газе разрушались с образованием порошков аэрогелей. Полученные аэрогели обладали высокой удельной поверхностью (250-750 м2/г), пористостью 86-96 % и геометрической плотностью 0,15-0,25 г^м3 при скелетной плотности 1,9-2,9 г^м3. Фазовый состав титаносодержащих аэрогелей отвечал рентгеноаморфным материалам, аэрогели на основе индивидуального оксида алюминия демонстрировали дифракционную картину, отвечающую гиббситу Al(OH)3 c размером областей когерентного рассеяния менее 3 нм.
Список источников
1. Pierre A. C., Pajonk G. M. // Chem. Rev. 2002. No. 102. Р. 4243-4265.
2. Hirashima H., Kojima C., Imai H. J. // Sol-Gel Sci. Technol. 1997. No. 8. Р. 843-846.
3. Tursiloadi et а!. // Indonesian J. Chemistry. 2010. No. 4. Р. 149-155.
4. Gao M., Liu B., Zhao P. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. No. 91. Р. 514-522.
References
1. Pierre A. C., Pajonk G. M. Chem. Rev., 2002, No. 102, рр. 4243-4265.
2. Hirashima H., Kojima C., Imai H. J. Sol-Gel Sci. Technol., 1997, No. 8, рр. 843-846.
3. Tursiloadi et а1 Indonesian J. Chemistry, 2010, No. 4, рр. 149-155.
4. Gao M., Liu B., Zhao P. et al. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2019, No. 91, рр. 514-522.
Сведения об авторах
Л. А. Полевой — аспирант;
A. Е. Баранчиков — кандидат химических наук;
B. К. Иванов — член-корреспондент РАН, доктор химических наук.
Information about the authors
L. A. Polevoy — Graduate Student; A. E. Baranchikov — PhD (Chemistry);
V. K. Ivanov — Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sc. (Chemistry).
Статья поступила в редакцию 09.03.2021; одобрена после рецензирования 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021. The article was submitted 09.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
