CC BY
7
УДК 541.183+541.123.2
И.А. Кировская, Л.В. Новгородцева, Н.В. Стригина Омский государственный технический университет, г. Омск
ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ
И КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
МАТЕРИАЛОВ (Са8Ь)х (гпТе)^
Проблема поиска перспективных экологических материалов для анализа различных газовых сред до настоящего времени не потеряла своей актуальности. При создании сенсоров-датчиков на основе новых полупроводниковых материалов и наноматериалов необходимы сведения о кислотно-основных, каталитических и других физико-химических свойствах поверхности [1].
В данной работе получены и идентифицированы новые твердые растворы системы GaSb-ZnTe; изучены ИК-спектроскопическим методом кислотно-основные и каталитические свойства; проведен сравнительный анализ полученных данных; выявлены закономерности их изменений с составом.
Исследование поверхностных свойств полупроводниковых материалов в жидких средах вносят необходимую информацию о природе активной поверхности и механизме ее взаимодействия с таковыми.
Были получены дополнительные сведения о силе и природе кислотно-основных центров на поверхности исследуемых полупроводников, а также о механизме кислотно-основных взаимодействий. С использованием механохимического метода, позволяющего работать со свежеобразованной поверхностью и прослеживать за ее поведением в различных средах [2].
177
Рис. 1. ИК-спектры твердого раствора
Теоретические основы механохимии состоят в том, что процесс измельчения рассматривают не только как процесс уве- личения поверхности, но и как процесс возникновения различных дефектов в кристал- лах и увеличения поверхностной энергии, то есть значительного повышения химиче- ской активности поверхностных слоев. Мо- лекулы
жидкостей, адсорбированные на твердых частицах, будут разрушаться в процессе измельчения. Продукты диссо- циации, в момент своего возникновения, обладая высокой активностью, могут обра- зовывать прочные соединения с частицами твердых тел, находящихся в поверхностных слоях, либо проникать в объем по дефектам структуры.
В работе, с использованием метода ИКС, прослежено поведение свежеобразо- ванных поверхностей, полученных диспер- гированием в пропаноле-2 соединений ОаБЬ, 2пТе и твердых растворов, экспони- рованных на воздухе. ИК-спектры снимали в процессе измельчения на спектрометре «ИнфраЛЮМ ФТ-02» в области волновых
(ОаБЬ)
0,95
(2пТе)
0,05
, диспергированного
чисел 800-4000 см-1. Исследуемые образцы
в пропаноле-2 в течение 1 (1), 2 (2) и 3 (3) мин
о 4----,----,---г-г Ь------•------Ь
0 5 10 15 10 5 0
2пТе Оа8Ь
Хгпте- мол. доля
Рис. 2. Зависимость изменения интенсивности пропускания от состава компонентов системы GaSb-ZnTe, диспергированных в пропаноле-2 в течение 3 мин
представляли собой поликристаллические порошки с диаметром зерен 50-100 мкм. Параллельно, для сравнения, записывали ИК-спектры чистого изопропилового спирта, которые использовались для иден- тификации продуктов реакции.
В ИК-спектрах пропанола-2 после его 30-минутного контакта с поликристалли- ческими образцами, а также после диспер- гирования в нем порошков не обнаружены полосы поглощения функциональных групп SbО43", ТеО32-, МеОН+, Zn2+, что по- зволяет заключить об очень малой растворимости исследуемых образцов в изопро- пиловом спирте [2].
Возможные механизмы реакция меха- нохимического разложения пропанола-2 [3]:
- дегидратация: (СНэ^СНОН^^О + СН2=СН-СНэ;
- дегидрирование: (СН3)2СНОН^Н2 + (СНэ)2С=О
Относительное изменение интенсивности пропускания со временем на образцах твердых растворов системы (GaSb)х(ZnTe)1_х представлены на рис. 1-2 и в табл. 1-2.
178
Зависимости изменения интенсивности пропускания от времени получения свежеобразованной поверхности
на твердого раствора (Оа8Ь)0,95^пТе)0,05
Таблица 1
П, с ДІ (у=165о см-1) ДІ (у=1638 см-1) ДІ (у=183о см-1)
1 мин 55 23 16
2 мин бо 26 19
3 мин 63 3о 23
Таблица 2
Зависимости изменения интенсивности пропускания от состава компонентов системы Оа8Ь^пТе, диспергированных в пропаноле-2 в течение 3 мин
Образцы ДІ (у=165о см-1) ДІ (у=1638 см-1) ДІ (у=183о см-1)
2пТе 2о 15 9
5 % ОаБЬ в 2пТе 37 21 1о
1о% ОаБЬ в 2пТе 4о 25 15
15% ОаБЬ в 2пТе 46 44 2о
1о% 2пТе в ОаБЬ 6о 26 2о
5% 2пТе в ОаБЬ 63 3о 23
ОаБЬ 4о 21 17
5
Я
й
Ё
з
в
'А* <1
^У+гҐМ
>1
ч
2000
Рис. 3. ИК-спектры систем
«пропанол-2 - (Оа8Ь)1-х(2пТе)х» при х, равном: 0,05 (1); 0,1 (2); 0 (3); 0,85 (4);
0,90 (5); 0,95 (6); 1 (7).
В ИК-спектрах, полученных после диспер- гирования образцов (рис. 3), наблюдается появле- ние новой полосы поглощения с максимумом при 1650 см-1, соответствующей деформационным ко- лебаниям ОН-групп образующейся воды (бон) [3].
7пТе
<
I
Интенсивность этой полосы изменяется в последовательности: (Оа8Ь)о,о5(2пТе)о,95 < I (Оа8Ь)одо(2пТе)о,9о < ДОа8Ь)о,15(2пТе)о,85 < Іоазь < І (Оа8Ь)о,9о(2пТе)о,іо< I (ОаБЬ)о,95(2пТе)о,о5. При
такой различной интенсивности можно сделать вывод об относительной активности компонентов системы Оа8Ь-2пТе в реакции дегидратации про- панола-2. Так, каталитическая активность мини- мальна у 2пТе и возрастает у твердых растворов по мере увеличения молярного процента ОаБЬ. Максимальную активность проявил твердый рас- твор, содержащий 5 мол.% 2пТе.
При этом происходит уменьшение интен- сивности поглощения в области 32оо-35оо см-1, соответствующей валентным колебаниям ОН-групп пропанола-2. На протекание процесса дегидратации указывает также наличие в спектре двух полос поглощения при 1638 и 183о см-1, соот- ветствующих колебаниям групп Я-СН=СНз моле- кулы пропилена. После диспергирования в ИК-спектрах не обнаружена полоса поглощения 1695 см-1, принадлежащая валентным колебаниям
179
группы >С=О связанных водородной связью молекул ацетона - продукта реакции дегидрирования.
В итоге твердый раствор состава (ОаБЬ)о,95^пТе)о,о5 рекомендован в качестве активного катализатора реакции дегидрирования пропанола-2.
Библиографический список
1. Кировская, И.А. Твердые растворы на основе бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем / И.А. Кировская. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2о1о. - 4оо с.
2. Кировская, И.А. Химический состав и кислотно-основные свойства поверхности системы ОаБЬ^пТе / И.А. Кировская, Л.В. Новгородцева // Доклады АН ВШ РФ. - 2оо6. -№ 2(7). - С. 1-8.
3. Кировская, И.А. Адсорбционные и каталитические процессы в экологической диагностике и защите / И.А. Кировская. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2о1о. - 128 с.
