Структурный тип перовскита

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Институт Химии

Кафедра химической термодинамики и кинетики

Направление подготовки Химия

Курсовая работа

Синтез слоистого перовскитоподобного оксида KCa₂Nb₃O₁₀ и получение его протонированных и интеркалированных форм

Студентки 1 курса

Храмовой Алины Дмитриевны

Научный руководитель:

К.х.н, асс.

СилюковОлег Игоревич

Санкт-Петербург

Содержание

Введение. 3

1. Литературный обзор. 4

1.1. Структурный тип перовскита. 4

1.2. Перовскитоподобные слоистые оксиды.. 5

1.3. Реакционная способность и топохимические превращенияслоистых перовскитоподобных оксидов. 8

1.3.1 Реакции ионного обмена. 8

1.3.2 Реакции интеркаляции слоистых оксидов. 10

1.4. Методы синтеза перовскитоподобных соединений. 11

1.4.1 Твердофазный керамический синтез. 11

1.4.2 Гидротермальный метод синтеза. 12

1.4.3 Синтез в расплаве солей. 12

1.5. Описание исследуемого соединения. 12

1.5.1 Структура и свойства перовскитоподобного оксида KCa₂Nb₃O₁₀ 12

2. Экспериментальная часть. 13

2.1 Синтез слоистого оксида KCa₂Nb₃O₁₀ 13

2.1.1 Твердофазный синтез KCa₂Nb₃O₁₀ 13

2.1.1 Гидротермальный синтез. 15

2.1.2 Синтез в расплаве. 16

2.1.3 Протонирование полученного KCa₂Nb₃O₁₀ 17

2.1.4 Интеркаляция глицина. 18

Выводы.. 19

Благодарности. 20

Список литературы.. 21

Введение

Сложные оксиды со слоистой структурой интенсивно исследуются как экспериментально, так и теоретически из-за их уникальных электрических, магнитных, оптических, механических и каталитических свойств. Слоистые перовскитоподобные оксиды являются привлекательными объектами исследования за счет особенностей своей структуры и ряда уникальных свойств, в частности, способности к интеркаляции молекул в межслоевое пространство, способности к ионообменным реакциям, способности к расслоению на монослои. Эти свойства не только обуславливают высокую фотокаталитическую активность некоторых представителей класса слоистых оксидов, но и открывают широкие возможности для их модификации, в том числе, для создания композитных фотокатализаторов и других функциональных материалов.

Цель работы:

Синтез перовскитоподобного слоистого соединения вида KCa₂Nb₃O₁₀ различными методами.

Получение протонированной и гидратированной формы HСa₂Nb₃O₁₀·1.5H₂O.

Получение органо-неорганических интеркалированных производных с н-бутиламином и глицином.

Определение состава, структуры и химических характеристик полученных соединений.

Литературный обзор

Структурный тип перовскита

В 1839 году в Уральских горах Густавом Розе был впервые обнаружен минерал состава CaTiO3, который позднее назвали перовскитом в честь русского минеролога Льва Алексеевича Перовского.

Минерал перовскит обладает структурой, которая является прототипом структур многих соединений состава ABX₃. Данный класс соединений имеет большое значение, несмотря на простоту исходной структуры. Это связанно с рядом интересных для практического применения свойств, которыми обладают перовскиты благодаря особенностям структуры. Идеальная структура перовскита – кубическая, состоящая из октаэдров BX6, соприкасающихсявершинами, и катионов A с координационным числом 12, занимающих позицию в центре кубооктаэдра (Рис. 1). Кубооктаэдр располагается в центре куба, составленного 8 октаэдрами BX₆. Довольно редко в соединениях реализуется идеальная кубическая структура, и сам минерал – перовскит имеет слегка искаженную структуру. Атомы титана в перовските расположены в узлах моноклинной решётки, очень близкой к кубической, так как угол в вершине ромба всего на 40' отличается от 90°. В центрах кубооктаэдров располагаются атомы кальция. Атомы кислорода образуют практически правильные октаэдры вокруг атомов титана. Искаженные перовскиты имеют более низкую симметрию, что является причиной возникновения у них магнитных и электрических свойств. Семейство перовскитов – возможно,наиболееизученное семейство оксидных соединений. Интерес к данным соединениям постоянно возрастает, и со временем исследователями обнаруживаются все более и более неожиданные свойства полученных соединений ввиду большой гибкости встраивания различных атомовстуруктуру.

Рис. 1 Кристаллическая структура CaTiO3

Первые исследования структуры были проведены Гольдшмидтом в 1920е годы – эти исследования сформировали базис для будущих исследований семейства.