Особенности инфракрасных спектров хромита никеля состава NiCr2O4 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 546.06

Васильков О.О., Баринова О.П., Елфимов А.Б., Марнаутов Н.А.

ОСОБЕННОСТИ ИНФРАКРАСНЫХ СПЕКТРОВ ХРОМИТА НИКЕЛЯ СОСТАВА NiCr2O4.

Васильков Олег Олегович, аспирант, инженер кафедры общей технологии силикатов, e-mail: [email protected];

Баринова Ольга Павловна, к.т.н., доцент кафедры общей технологии силикатов, e-mail: [email protected]; Елфимов Антон Борисович, аспирант, инженер кафедры химической технологии стекла и ситаллов, e-mail: elfimov [email protected];

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20.

Марнаутов Никола Александрович, аспирант кафедры инженерной биофизики, e-mail: [email protected], ИБХФ им. Н.М. Эмануэля, Москва, Россия 119334, Москва, ул. Косыгина, д.4.

Исследованы особенности спектральных характеристик хромита никеля NiCr2O4 принадлежащей к структурному типу шпинели Fd3m, синтезированному методом спонтанной кристаллизации в диапазоне 400 см'1 до 4000 см'1. Установлено наличие 14 характеристических полос, наиболее интенсивными являются 493, 09 см'1 и 617,07 см'1, отвечающих колебаниям Сг'О.

Ключевые слова: хромит никеля NiCr2O4; хромоникелевая шпинель; инфракрасные спектры; терморегулирующие покрытия.

PECULIARITIES OF INFRARED SPECTRA OF NICKEL CHROMITE COMPOSITION NiC^.

Vasil'kov O.O., Barinova O.P., Elfimov A.B., Marnaytov A.N*. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *IBHF them. N.M. Emanuel, Moscow, Russia.

The features of the spectral characteristics of the nickel chromite NiCr2O4 belonging to the structural type of the spinel Fd3m synthesized by spontaneous crystallization in the range 400 cm-1 to 4000 cm-1 are investigated. The presence of 14 characteristic bands was found, 493, 09 cm-1 and 617.07 cm-1, corresponding to the Cr-O oscillations, are the most intense.

Key words: chromite nickel NiCr2O4; chromium-nickel spinel; infrared spectra; thermoregulation coatings.

Актуальность исследования спектральных характеристик хромита никеля обусловлена его применением для создания материалов терморегулирующих покрытий с высокой излучательной способностью для деталей космических аппаратов, работающих при тепловой нагрузке в высоком вакууме [1,2].

Уникальное сочетание высокой излучательной способности и термостойкости хромоникелевой шпинели определяет перспективность ее использования. Для хромита никеля №Сг204 установлено наличие полиморфных модификаций [4]: низкотемпературная модификация принадлежит тетрагональной сингонии, а высокотемпературная модификация кубической сингонии. Некоторые физико-химические свойства данных полиморфных модификаций исследованы [1-3]. Однако интерес представляет исследование спектральных характеристик, особенно в инфракрасной области.

Целью настоящей работы является исследование инфракрасных спектров хромита никеля №Сг204 со структурой шпинели.

Синтез хромита никеля №Сг204 проводился с использованием оксида никеля №0 марки «ч» (ТУ 6-

09-5095), оксид хрома (III) Cr2O3 марки «чда» (ТУ 609-4272). Фазовый состав кристаллического порошка хромоникелевой шпинели определяли методом рентгеновского фазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-3 (СиК=1.5418 À, никелевый фильтр). Измерение инфракрасных спектров проводилось на Фурье спектрофотометре Nicole 380 в диапазоне длин волн 2,5-25 мкм (волновое число v - от 400см-1 до 4000 см-1) (измерения проводились в Центре Коллективного Пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева).

Обсуждение результатов. На основании данных рентгенофазового анализа хромит никеля NiCr2O4 кристаллизуется в структурном типе шпинели. В кристаллической структуре хромоникелевой шпинели синтезированной методом спонтанной кристаллизацией при температуре 950 °С, характеристические рентгеновские рефлексы 2,50 A°, 2,94 A°, 1,60 A°. В кристаллической структуре шпинели NiCr2O4, Ni2+ имеет координационное число 4 и формирует структурный комплекс [NiO4], Cr3+ имеет координационное число 6 и формирует [CrO6] (для нормальной шпинели). Для обратной шпинели возможно перераспределение

координационных чисел для ионов №2+ и Сг3+ (таблица 1). Данные особенности могут отражаться при формировании инфракрасных спектров №Сг204.

Исследование инфракрасных спектров (рис.1) хромоникелевой шпинели №Сг204 в диапазоне от 400 до 4000 см-1 позволило установить 14 характеристических пиков, положение и интенсивности которых приведены в (таблице 2).

Наиболее интенсивными пиками являются 493,09 см-1 (0,375) и 617,07см-1 (0,404) отвечающие за колебания связи Сг-0 [5]. Для №Сг204 синтезированным методом спонтанной

кристаллизацией в области 400-500 см-1

формируется 6 пиков, в области 500-700 см- 2 пика, в области 700-2000 см-1 3 пика, в области 2000-4000 см-1 3 пика (таблица 2).

Анализ и сопоставление с известными данными по характеристическим полосам для колебаний связи Сг3+-0 и №2+-0 позволило провести отнесение полос следующим образом: (429,38 см-1; 435,70 см-1) -колебания типа V.; Сг-0 + V; N1 -0, 584,38 см -колебания типа V. Сг -0, 617,07 см - Vas Сг-0, полоса 1633,85 см-1 - колебания группы [ОН]-, 3466,6 см-1 - колебания Н20 [5]. Данные колебания характерны для кристаллической структуры шпинели.

Таблица 1. Кристаллохимические характеристики NiCr2O4.

Кристаллическая структура Пространственная группа Координационное число №2+ Координационное П 3+ число Сг Координационное число О2-

Шпинель №Сг204 Fd3m КЧ=4 [N104] КЧ=6 [Сг06] КЧ=4

Рис.1. Инфракрасные спектры хромита никеля NiCr2O4 (область 400-4000 см-1). Таблица 2. Положение и интенсивность характеристических полос №Сг2Р4 в ИК-спектрах.

№&204 №Сг

Положение пиков Интенсивность Положение пиков Интенсивно сть

V, см-1 X, мкм V, см-1 X, мкм

401,14 24,94 0,370 617,07 16,2 0,404

414,31 24,14 0,374 1161,3 8,61 0,207

429,38 23,29 0,364 1400 7,14 0,203

435,7 22,95 0,365 1633,85 6,12 0,205

442,9 22,58 0,364 2849,01 3,51 0,152

493,09 20,28 0,375 2917,51 3,43 0,154

584,38 17,11 0,371 3466,6 2,88 0,218

Рис.2. Инфракрасные спектры NiCr2O4: а) область 400-750 см"1, б) область 400-1800 см"1.

Таким образом, при исследовании инфракрасных спектров хромита никеля №Сг204, синтезированного методом спонтанной кристаллизацией, установлено формирование 14 характеристических полос в инфракрасной области, с наиболее интенсивными пиками 493,09 см-1 (0,375) и 617,07см-1 (0,404), обусловленные колебаниями связи Сг-0.

Список литературы

1. Абрамович Б.Г. Интенсификация теплообмена излучением с помощью покрытий - М.: Энергия, 1977. - 256с.

2. Иванов В.В., Ульянов А.К., Шабельская Н.П.

Ферриты-хромиты переходных элементов: синтез, структура, свойства / Москва: Изд.-во "Академия Естествознания", 2013. - 69 с.

3. Ptak M., Maczka M., Gagor A., Pikul A., Macalik L., Hanuza J. Temperatures-dependent XRD, IR, magnetic, SEM and TEM studies of Jahn-Teller distorted NiCr2O4 powders // Journal of Solid State Chemistry - 2013 V. 201. - P. 270-279.

4. Болдырев А.И. Инфракрасные спектры минералов. М.: Недра, 1976. -195с.

5. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. -М.: Мир, 1991. - 535 с.