Окислительно-восстановительные процессы в двойных фосфатах кальция и меди со структурой витлокита Кхан Насрин

Введение к работе

Актуальность темы. Протонсодержащие материалы обладают
рядом уникальных и ценных для практического применения свойств. В
частности они могут найти применение в качестве интермедиаторов
двухстадинного окисления водорода и топливных элементов для более
эффективного преобразования энергии природного газа. Однако несмотря
на многочисленность протонсодержащих материалов, получить их
высокотемпературные аналоги представляется затруднительным. В то же
время используя соединения, в состав которых входят элементы с
переменными степенями окисления, можно целенаправленно
синтезировать высокотемпературные протонсодержащие материалы.
Направленный синтез таких соединений можно осуществить, используя
данные по условиям прохождения высокотемпературных окислительно-
восстановительных реакций. К настоящему времени условия проведения
таких реакция изучены недостаточно. В этой связи актуальной задачей
является изучение условий и механизмов прохождения
высокотемпературных окислительно-восстановительных реакций,

протекающих в твердых телах без разрушения их кристаллической решетки.

Цель работы: Выявление условий и механизмов прохождения обратимых окислительно-восстановительных реакций а двойных фосфатах кальция и меди.

Научная новизна работы. Изучены механизмы прохождения окислительно-восстановительных реакций в двойных фосфатах кальция и меди. Определены кинетические характеристики реакции восстановления. Определена энтальпия реакции восстановления в температурном интервале 753-853 К. Методом ПМР и ИК-спектроскопии доказано, что реакция восстановления сопровождается вхождением протонов в кристаллическую решетку, а реакция окисления - выходом протонов из кристаллической решетки. По рентгеновским и нейтронным порошковым данным определены кристаллические структуры s-Cag ₃Cu(P04)7, o-Ca₉.5Cu(POч(РО,()7 (х = 0.71, 1.12). Показана динамика изменения кристаллических структур двойных фосфатов кальция и меди в процессах восстановления-окисления.

Практическая значимость работы. Исследование двойных
фосфатов кальция и меди позволило получить важную информацию о
природе прохождения высокотемпературных окислительно-

восстановительных реакций. Рекомендовано использовать фосфат Са9.зСи(РО.))7 для очистки газовых смесей от малых количеств водорода. Рентгенографические данные по двум соединениям включены в базу

-I-

данных PDF-2 с высшим знаком достоверности и могут быть использованы для рентгенофазового анализа.

На защиту выносятся:

-данные физико-химического исследования высокотемпературных окислительно-восстановительных реакций в двойных фосфатах кальция и меди;

-данные структурного анализа соединений s-Ca₉.5Cu(P04)7, о-Са9₅Си(Р0₄)7 и r-Ca₉.5CuH_x(P0₄)7 (х = 0.71, 1.12).

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов; Национальной кристаллохимической конференции; Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-96 и 98». Основное содержание диссертации изложено в одной статье, заявке на патент и четырех тезисах докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы (Ю$~ наименований) и приложения. Полный объем работы, включая ^з рисунков и 3.3. таблиц, составляет І44 страниц печатного текста.