Научная статья на тему 'Влияние состава электролита на морфологию частиц металлов, формируемых на дисперсной матрице'

Влияние состава электролита на морфологию частиц металлов, формируемых на дисперсной матрице Текст научной статьи по специальности «Химия»

14
2
Поделиться
Ключевые слова
РАСТВОР / SOLUTION / МОРФОЛОГИЯ ЧАСТИЦ / PARTICLE MORPHOLOGY / АЛЮМИНИЙ / ALUMINUM / ЖЕЛЕЗО / IRON / КОБАЛЬТ / COBALT / ХРОМ / CHROMIUM

Аннотация научной статьи по химии, автор научной работы — Колпаков М.Е., Ермолаева Е.А., Дресвянников А.Ф.

Проведено исследование морфологии микрочастиц металлов в зависимости от состава исходного раствора. Показано, что изменение качественного состава исходных растворов позволяет получать металлические частицы с различной морфологией поверхности.

Похожие темы научных работ по химии , автор научной работы — Колпаков М.Е., Ермолаева Е.А., Дресвянников А.Ф.,

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Влияние состава электролита на морфологию частиц металлов, формируемых на дисперсной матрице»

ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

УДК 621.762.274

М. Е. Колпаков, Е. А. Ермолаева, А. Ф. Дресвянников

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА НА МОРФОЛОГИЮ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ, ФОРМИРУЕМЫХ НА ДИСПЕРСНОЙ МАТРИЦЕ

Ключевые слова: раствор, морфология частиц, алюминий, железо, кобальт, хром.

Проведено исследование морфологии микрочастиц металлов в зависимости от состава исходного раствора. Показано, что изменение качественного состава исходных растворов позволяет получать металлические частицы с различной морфологией поверхности.

Keywords: solution, particle morphology, aluminum, iron, cobalt, chromium.

The study of the morphology of the metal microparticles, depending on the solution composition was done. It is shown that the change in the qualitative composition of the initial solutions make it possible-one to obtain metal particles with different surface morphology.

В последнее время для получения прекурсоров объемных материалов используют, как правило, метод синтеза в коллоидных нанореакторах или пористых неорганических структурах (например, слоистых гидроксидах). Существенным недостатком метода является затруднение упорядоченного расположения фаз, образованных в процессе химического синтеза наноматериалов, в матрице, что несколько ограничивает создание материалов с заданными свойствами. В этой связи особый интерес представляет разработка подходов создания нанома-териалов, формирующихся с помощью дискретных пространственно-упорядоченных структур [1].

Одним из решений данной проблемы является метод получения полиметаллических систем, основанный на формировании металлических наноструктур в ходе редокс-процессов, протекающих на дисперсной алюминиевой матрице [2]. Электрохимические процессы в водных растворах позволяют формировать на поверхности дисперсного алюминия гетероструктуры, морфология и состав которых существенно зависят от ингредиентов раствора и их количества.

Поэтому целью данной работы является установление зависимости морфологии формирующихся металлических частиц от состава электролита. В данном случае меняли катионный состав путем добавления к ионам Fe(III) ионы второго металла. При этом качественный анионный состав оставался неизменным (Cl-). Морфологию и структурные особенности исследуемых образцов изучали с помощью сканирующих электронных микроскопов «MiniSEM SX-3000» (EVEX) и «Auriga» (ZEISS).

Результаты микроскопических исследований образцов дисперсного железа, сформировавшихся при восстановлении Fe(III) на алюминиевой матрице в водном растворе, а также образцов дисперсного алюминия, представлены на рис.1.

Очевидно, что элементное железо формируется на алюминиевой частице, сохраняя при этом форму и геометрические размеры исходной матрицы, и этот процесс протекает одновременно с ионизацией алюминия.

Рис. 1 - Микрофотографии частиц исходного алюминия (а, б) и осажденного а-железа (в, г)

Окончание рис. 1

Образующаяся в ходе процесса частица а-железа, имея сферический каркас, содержит отдельные шарообразные зародыши, объединенные в нитевидные цепи, которые заполняют всю поверхность, образуя ячеистую структуру (рис.1 г).

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Введение в раствор, содержащий Ре(Ш), ионов Со(11) приводит к еще большему усложнению морфологии поверхности синтезированных частиц (рис.2). Полученные частицы представляют собой агломерированные образования микронных размеров, структура которых формируется из сферических элементов размером 50-300 нм, объединенных в линейные и планарные образования.

В отличие от кобальта введение в электролит, содержащий ионы Ре(Ш), ионов Сг(111) приводит к формированию частиц с меньшей поверхностной пористостью, нежели в предыдущем случае (рис.За). Частицы представляют собой агломерированные структуры микронных и субмикронных размеров, которые, в свою очередь, сформированы из сферо-подобных образований размером 50-200 нм которые складываются в ажурные структуры. Накопление водорода в осадке, приводит к образованию внутренних полостей и, возможно, гидридов, что в конечном итоге приводит к разрушению частиц (рис.Зб), в том числе, и за счет высокого давления в порах и полостях.

Таким образом, изменение качественного состава исходных растворов (преимущественно кати-онной составляющей) позволяет получать металлические частицы с различной морфологией поверхности и, соответственно, регулировать величину удельной поверхности.

б

б

Рис. 3 - Микрофотографии частиц, синтезированных в растворах содержащих ионы Fe(III) и Cr(III) (а, б)

Работа выполнена на оборудовании ЦКП КНИТУ "Наноматериалы и нанотехнологии ".

Литература

1. H. Masuda, K. Fukuda, Science. 268, 5216, 1466-1468 (1995).

2. A.F. Dresvyannikov, M.E. Kolpakov, Materials Research Bulletin. 37, 2, 291-296 (2002).

Рис. 2 - Микрофотографии частиц, синтезированных в растворах содержащих ионы Fe(III) и Co(II) (а, б)

© М. Е. Колпаков - д.х.н., доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; Е. А. Ермолаева - к.х.н., доц. той же кафедры; А. Ф. Дресвянников - д.х.н., проф. той же кафедры.

© M. E. Kolpakov- Dr.SC., Prof. Ass., Department of analytical chemistry, certification and quality management KNRTU; E. A. Yermolayeva - Prof. Ass., PhD, the same Department; A. F. Dresvyannikov - Dr.SC., Prof., the same Department, a.dresvyannikov@mail.ru.

г