Получение по созданной технологии и физико-химические исследования новых адсорбентов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

СУРОВИКИН Виталий Фёдорович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института проблем переработки углеводородов СО РАН.

МАТЯШ Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Омского государственного университета путей сообщения.

КАСАТОВА Ирина Юрьевна, ассистент кафедры физической химии ОмГТУ.

Адрес для переписки: phiscem@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 19.12.2011 г.

© И. А. Кировская, С. О. Подгорный, А. В. Юрьева,

С. А. Корнеев, Е. Н. Ерёмин, В. Ф. Суровикин,

Ю. И. Матяш, И. Ю. Касатова

УДК 541.183+541.123.2

И. А. КИРОВСКАЯ О. Т. ТИМОШЕНКО А. В. ЮРЬЕВА С. А. КОРНЕЕВ В. Ф. СУРОВИКИН Ю. И. МАТЯШ П. Е. НОР Е. О. КАРПОВА

Омский государственный технический университет Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, г. Омск Омский государственный университет путей сообщения

ПОЛУЧЕНИЕ

ПО СОЗДАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НОВЫХ АДСОРБЕНТОВ_________________________

Разработана технология, впервые получены (в форме порошков и пленок) твердые растворы системы 1пР—CdS. Изучены структура поверхности, объемные и адсорбционные свойства полученных твердых растворов по отношению к угарному газу. Выявлены наиболее активные адсорбенты, предложенные в качестве материалов для сенсоров-датчиков экологического назначения.

Ключевые слова: технология, твердые растворы, адсорбенты, структура поверхности, адсорбционные свойства, сенсоры-датчики.

В связи с интенсивным развитием ряда областей полупроводниковой, в том числе, нано-, сенсорной техники, запросами химических отраслей, ежегодно возрастает интерес к новым полупроводниковым материалам и их поверхности. Здесь, прежде всего, следует назвать технологию и эксплуатацию полупроводниковых приборов, нуждающихся в контроле и защите поверхности, детектирование химических примесей и газовый анализ на полупроводниках, полупроводниковый катализ и фотокатализ.

Данная работа посвящена получению и исследованию структурных и адсорбционных свойств полупроводников практически не изученных систем 1пВ¥—С<38 (Б¥: Р, Аз) по отношению к угарному газу (СО) — компоненту окружающей и технологичес-

ких сред, нуждающихся в экологической защите, и каталитических реакций обезвреживания.

Адсорбенты представляли собой порошки и нанопленки (Б<0,05 мкм) 1пР, СсЗБ и твердых растворов (1пР)х(С<38)1-х. Для получения порошков твердых растворов была специально разработана технология, предусматривающая преодоление неизбежных трудностей [1, 2]. Они связаны с сочетанием двух факторов: высокого давления паров фосфида индия в точке плавления (до 60 атм.) и значительной разницы в температурах плавления 1пР и СсЗБ. По разработанной технологии порошки твердых растворов получали с привлечением механохимической активации и модифицированного методо изотермической диффузии.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012

(?)

Рис. 1. АСМ изображения поверхности компонентов систем InBV-CdS (BV: P, As): а)^ б) (InP)0,93(CdS)0,07; в) (InP)0,95(CdS)0,05

Пленки получали дискретным термическим напылением в динамическом вакууме (ТгоНд = 298 К, Р = = 1,33.10-3 Па) на различные подложки (стекло, монокристаллы КВг, электродные площадки пьезокварцевых резонаторов с последующим отжигом в парах сырьевого материала в установленных режимах. Толщину пленок (Э) определяли интерферомет-рически, по изменению частоты пьезокварцевого резонатора [1] и, исходя из условий напыления. Порошки твердых растворов получали модифицированным методом изотермической диффузии бинарных соединений в эвакуированных запаянных кварцевых ампулах. О структуре пленок и порошков, как и о завершении синтеза твердых растворов, судили по результатам рентгенографического анализа. Их использовали также для аттестации полученных твердых растворов, наряду с результатами ИК- и КР-спектроскопических и микроструктурных исследований.

Рентгенографический анализ осуществляли на дифрактометре ДРОН-3 в СиКа-излучении. Инфра-

0.2 Э-4 0.6 ÜJ 1.0

fílfl

i/J

С‘:

л - Jbt Ш ■'І ю|

пі

1-і —1

о.

а Ф.з о,- ц.ч з.-з і э ;..т

ОС- ІЧП ™ Ш.

ПіІ>

-.?/

Рис. 2. АСМ изображения в режиме фазового контраста поверхности компонентов систем InBV-CdS (BV: P, As): а)^, б) (InP)0,93(CdS)0,07; в) (InP)0,95(CdS)0,05

красные спектры регистрировали на спектрометрах Specord 75 и Инфралюм ФТ-02; спектры комбинационного рассеяния — на Фурье-спектрометре RFS-100 (с разрешением 1 см-1). Они возбуждались излучением лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (1 = 1064 нм). Микроструктурный анализ проводили с использованием атомно-силового микроскопа Solver PRO (NT-MTD).

Адсорбционные измерения выполняли методами пьезокварцевого микровзвешивания (чувствительность 1,23'10-11 г/см2Гц) и волюмометрическим на

Рис. 3. Изобары адсорбции СО на пленке 1пЛб Рис. 4. Изобары адсорбции СО на порошке 1пЛб

при Рн=23 (1) и 8,3 (2) Па при Рн=0,26 (1) и 0,15 (2) Па

ОГ.-1 ЧПЛЬ.'Чг

270 2В0 290 300 310 320 330 340 350 360 370 3£0 300

Рис. 5. Изобары адсорбции СО на 1пР (1), твердых растворах (1пР)0,в5(Са8)0,05 (2), (1пР)М7(Са8)0да (3) и СаБ (4) Рн=13,02 Па

статической вакуумной адсорбционной установке, принципиальная схема и описание которой представлены в [3]. Исследования проводили в интервале температур 258 — 377 К и давлений адсорбатов 0,15 — 24 Па. Газы адсорбаты получали по известным методикам [4].

Результаты исследования структуры поверхности компонентов систем 1пБ¥—С<38 (Б¥:Р, Л8) позволяют заключить: пленки всех изученных компонентов имеют поликристаллическую структуру с неоднородным характером распределения кристаллитов. Последние ассоциируются в агломераты, объединяющие зерна размером 10—100 Л. Фрагменты таких исследований отражены на рис. 1, 2.

На рис. 3 — 5 приведены типичные опытные зависимости адсорбции.

Полученные типичные опытные зависимости адсорбции ар = 1(т), ат = 1(р), ат = 1(1;) свидетельствуют о ее преимущественно химической природе при температуре выше 297 К. Преимущественно химическую природу адсорбции газов в указанных температурных условиях подтверждают результаты анализа равновесных и кинетических изотерм, расчетов энергии активации и теплоты адсорбции.

Величины адсорбции оксида углерода (II) имеют порядок. 10-4— 10-5 моль/м2 (для пленок) и 10-6 ммоль/г (для порошков). Сопоставление результатов адсорбции на пленках и порошках находится в согласии с

полученными ранее данными для полупроводников такого типа: аналогичный ход изобар, более высокая адсорбционная активность пленок [5].

Обращает на себя внимание наличие на температурной зависимости адсорбции максимума на твердом растворе состава (1пР)095 (С<38)005, что может свидетельствовать о проявлении химически активированной адсорбции, которая, начиная с 323 К, переходит в обратимую. Если расположить компоненты систем 1пБ5 — С<38 в порядке убывания адсорбционной чувствительности к оксиду углерода во всем изученным интервале температур и давлений, то получается следующая последовательность: (1пР)095 (С<38)005> >1пР>(1пР)0 97(С<38)0 03>С<38>1пЛб. Предметом дальнейших исследований авторов явятся адсорбционные свойства уже полученных и аттестованных твердых растворов системы 1пЛб — С<38. Это позволит, с одной стороны, дополнить сведения о новой, практически не изученной системе, с другой — оценить влияние бинарных (1пБ') и атомарных (В1') компонентов твердых растворов на их адсорбционные свойства.

Заключение

По специально разработанной технологии получены и аттестованы твердые растворы (1пР)х(С<38)1х. Изучены их структурные (объемные и поверхност-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012

ные) свойства: адсорбция угарного газа — оксида углерода (II). Установлен механизм адсорбции, найдены наиболее активные адсорбенты, предложенные в качестве материалов для сенсоров-датчиков на микропримеси угарного газа.

Библиографический список

1. Кировская, И. А. Поверхностные явления : монография / И. А. Кировская. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2001. — 174 с.

2. Тонкие пленки антимонида индия. Получение, свойства, применение / Под ред. В. А. Касьяна. П. И. Кетруша, Ю. А. Никольского, Ф. И. Пасечника. — Кишинев : Штиинца, 1989. — 162 с.

3. Кировская, И. А. Адсорбционные процессы / И. А. Кировская — Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 1995. — 304 с.

4. Раппопорт, Ф. М. Лабораторные методы получения чистых газов / Ф. М. Раппопорт, А. А. Ильинская. — М. : Гос-химиздат, 1963. — 419 с.

5. Кировская, И. А. Кислотно-основное состояние и адсорбционная активность (по отношению к КЫ3) поверхности бинарных компонентов системы InP-CdS / И. А. Кировская, О. Т. Тимошенко // ДАН ВШ РФ - 2006. -№ 1(6).- С. 69-73.

КИРОВСКАЯ Ирина Алексеевна, доктор химических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физической химии Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

ТИМОШЕНКО Оксана Тарасовна, кандидат химических наук, заведующая кафедрой физической химии ОмГТУ.

ЮРЬЕВА Алла Владимировна, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии ОмГТУ. КОРНЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сопротивление материалов».

СУРОВИКИН Виталий Фёдорович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института проблем переработки углеводородов СО РАН.

МАТЯШ Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Омского государственного университета путей сообщения.

НОР Полина Евгеньевна, ассистент кафедры физической химии ОмГТУ.

КАРПОВА Елена Олеговна, ассистент кафедры физической химии ОмГТУ.

Адрес для переписки: phiscem@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 19.12.2011 г.

© И. А. Кировская, О. Т. Тимошенко, А. В. Юрьева,

С. А. Корнеев, В. Ф. Суровикин, Ю. И. Матяш, П. Е. Нор,

Е. О. Карпова

Информация

Гранты (стипендии) для написания кандидатской диссертации

Фонд Эрнста Шеринга (Ernst Schering Foundation, Германия) предоставляет стипендии для выполнения диссертационных исследований (аспирантская стипендия) по биологии, химии, медицине и в междисциплинарных областях — в биохимии и биоинформатике.

Претендент на получение стипендии должен иметь диплом с отличной успеваемостью; с момента окончания вуза должно пройти не более двух лет. В рамках программы финансируются фундаментальные исследования в указанных дисциплинах. Особенность стипендиальной программы состоит в том, что фонд финансирует диссертационные исследования в любой стране мира.

Стипендия назначается на два года, в исключительных случаях срок получения стипендии может быть продлен на год. Ежемесячный размер стипендии в 2011 году составлял 1300 евро. Дополнительно финансируются транспортные расходы и участие в научных конференциях.

Перечень документов, необходимых для участия в программе, опубликован на сайте фонда.

Крайние сроки подачи документов — 30 апреля и 31 октября (учитывается дата почтового штемпеля).

Все документы следует отправлять по адресу:

Schering Stiftung Dr. Carsten Klein Unter den Linden 32-34 10117 Berlin

Заявки, присланные по электронной почте, не рассматриваются.

Подробная информация опубликована на сайте фонда.

Источник: http://www.rsci.ru/grants/grant_news/284/231882.php (дата обращения: 10.04.2012)