Фундаментальные исследования

• Изучение фазовых равновесий в системах на основе соединений редких металлов (оксидов, оксалатов, ацетатов, арсенатов, сульфатов и др.), в том числе содержащих воду;

• Основные направления фундаментальных исследований:
  - изучение фазовых равновесий в системах на основе соединений редких металлов (оксидов, оксалатов, ацетатов, арсенатов, сульфатов и др.), в том числе содержащих воду;
  - синтез новых химических соединений на основе редких металлов, перспективных для получения новых неорганических материалов;
  - исследование ионного состояния металлов в растоврах;
  - изучение особенностей кристаллического строения, термических, электрических, электродных, магнитных, каталитических и других свойств новых соединений, характеризующихся переменными степенями окисления переходных металлов;
  - установление взаимосвязи между химическим составом, структурой, типом химической связи, электронной конфигурацией переходных металлов и смвойствами с целью развития представлений о локализованном и коллективизированном поведении электронов в твердых телах;
  Основные направления прикладных исследований:
  -разработка нетрадиционных методов синтеза твердофазных соединений с различной морфологией и использованием сверхвысоких давлений, солевых и водносолевых систем, в том числе в виде нанотрубок, нановискерсов, -волокон, -лент.
  - разработка новых технологий, способствующих улучшению экологического состояния окружающей среды, в частности, разработка технологии очистки промышленных сточных вод от тяжелых цвктных металлов.
  - Создание высокочувствительных электродов для контроля содержания ионов тяжелых металлов в растворах;

•   Научное направление «Гидрохимия твердого тела»

  
  

  Основная фундаментальная задача: разработка научных основ и эффективных процессов образования твердых оксидных соединений в водных и водно-органических средах.

  
  
  •Практическая цель работы: синтез новых наноразмерных материалов и нанокомпозитов полифункционального назначения на основе оксидов d-элементов
  
  
  •Научные контакты: Институты физики металлов, электрофизики, органического синтеза УрО РАН, Уральский политехнический университет, Институт физики полупроводников (г. Вильнюс, Литва), Вуханский технологический университет, Институт материалов и технологий (г. Вухан, Китай), Корейский политехнический университет, инновационный нанотехнологический центр (г. Сеул, Корея)
  
  
  ;

• Результаты фундаментальных и прикладных исследований 1. Разработка метода синтеза купратов редкоземельных и щелочноземельных элементов путем направленного допирования катионных позиций в структуре перовскита. В лаборатории разработан оригинальный метод синтеза новых аниондефицитных купратов редкоземельных и щелочноземельных элементов со структурой перовскита путем селективного допирования (замещения части катионов меди на другие элементы) катионных позиций.. Структурными исследованиями было впервые установлено, что допируемый катион, замещая катионы меди, предпочтительно занимает октаэдрические позиции структуры. Это приводит к уменьшению искажения октаэдров и стабилизации нового соединения. Впервые были синтезированы и исследованы новые сложные оксиды переменного состава с общими формулами LaCu1-xNixO2,5+d, обладающий фазовым переходом металл-полупроводник и резким изменением содержания кислорода при 500оС на воздухе, купраты Ln8-xAxCu8-yMyO20 (8-8-20), Ln4BaCu5-yMyO13+d (1-4-5)(Ln=Pr,Nd; A=Ca,Sr; M=Fe,Co,Ni,Ga,Mn), La4Sr4Cu8-yMyO18 (8-8-18; M=Ni,Co). Если 8-8-20 и 1-4-5- фазы имеют структуры, близкие к структурам известных купратов La8-x-SrxCu8O20 и La4BaCu5O13, то для последних оксидов установлена новая необычная кристаллическая структура, характеризующаяся двойным типом структурного упорядочения – как в кислородной, так и в металлической подрешетках. Полученные новые купраты характеризуются высокими проводящими свойствами, превышающими при комнатной температуре аналогичные характеристики ВТСП-купратов. 2. Синтез и магнитные свойства квазиодномерных сложных оксидов семейства A3n+3A’-n Mnn+3O6n+9. Впервые получена новая семья квазиодномерных сложных оксидов марганца состава A3n+3A’Mnn+3O6n+9 (A=Ca,Sr,Ba; A’=Cu, Ni, Co, Mg, Zn), родственных в структурном плане интенсивно изучаемым в 90-годы оксидам на основе платиновых металлов. Характерной особенностью строения данных соединения является наличие бесконечных цепей, состоящих из чередующихся в определенном соотношении октаэдров с катионами марганца внутри и тригональных призм с двухвалентными A’-катионами. Цепи отделены друг от друга щелочноземельными элементами, что обусловливает квазиодномерный характер строения этих оксидов. Уточнены кристаллические структуры соединений Ca3A’MnO6 (n=1). В отличие от структур оксидов с A’=Ni,Co, Zn, которые имеют гексагональные элементарные ячейки, соединение C-a3CuMnO6 является триклинным. Наличие переходных металлов в цепях объясняет характерные для низкоразмерных структур магнитные свойства с низкими температурами перехода в магнитоупорядоченное состояние. Наряду с антиферромагнитными обнаружены ферримагнитные оксиды. 3. Высокодисперсные порошки и пленки сложных оксидов ванадия со слоистой структурой. Впервые получены порошки и пленки ксерогелей поливанадатомолибдатов со слоистой структурой общей формулы M2V12-yMoyO31-d nH2O, где M-одновалентный катион. Определено ионное состояние элементов и парциальные термодинамические характеристики водорода и лития в структуре данных соединений. Установлена сильная анизотропия подвижности носителей заряда пленочного образца. Обнаружено явление переключения в тонких слоях поливанадатов, подвергнутых электрической формовке. В зависимости от состава пленки имеют электронную или ионную проводимость. Сенсорные свойства пленок могут быть использованы для изготовления высокочувствительных резистивных датчиков концентрации паров воды и этанола. Соединения имеют высокую протонную и литиевую проводимость, сопоставимую с твердыми ионными проводниками, используемыми в электрохимических устройствах. 4. Способ очистки кислых и щелочных стоков от примесей тяжелых цветных металлов. В лаборатории разработаны химические и электрохимический способы очистки кислых и щелочных сточных вод от примесей цветных тяжелых металлов (As, Cu,Pb и Hg). Предложен новый состав осадителя для кислых вод на основе гидросульфида натрия, содержащем золь полисульфидов состава MS1,29, который позволил увеличить скорость осаждения и проводить очистку в непрерывном режиме. Для автоматической дозировки осадителя разработаны новые высокочувствуительные электроды для контроля количества ионов серы. Новый осадитель и электроды испытаны при очистке сточных вод на заводе “Уралэлемент”, г. В.Уфалей, Челябинская обл. Щелочные стоки очищаются с помощью коагулянта Al2(OH)5Cl, содержащем полиакриламид. Электрохимический метод заключается в электрохимической коагуляции с использованием Al-электродов, снижении pH стоков до 8 и добавлении коагулянта. Состав стоков после очистки по Al, Ni, Zn и Pb соответствует их содержанию в дистиллированной воде. Разработаны технология и регламент для проектирования на комбинате Уралэлектромедь участка для переработки мышьяковых отходов купоросного производства в антисептики для защиты древесины от биоповреждений. 5. Новые наноструктурированные материалы Методом гидротермальной обработки геля V2O5.nH2O с водным раствором поливинилового спирта синтезированы новые ванадий-оксидные нанотрубки VO2.35(C2H3)0.25. Диаметр трубки составляет 30-150 нм, длина – несколько микрон. Впервые получены нанодисперсные проволокоподобные безводные оксалаты на базе двух переходных металлов, которые при последующем нагревании выделяют оксид углерода с сохранением своей формы с образованием структуры шпинели или вискорсов длиной несколько микрон (или десятков микрон). Материалы представляют интерес в качестве катализаторов окисления и в электрохимических процессах как электроды. В качестве примера приведены результаты морфологических исследований шпинельной фазы, полученной в результате термолиза двойной соли и обработки при 500оC. 6. Композит на основе TiO2 5. С целью получения композита из гидратированного диоксида титана (ГДТ) с наноразмерными частицами проведен синтез путем регулируемого осаждения ГДТ из солянокислых растворов в присутсвии диспергированной углеродной фазы. На основании анализа воздушно-сухих остатков, спектров ПМР, ИК и термических исследований установлен функциональный состав ГДТ (TiO1,5OH H2O). Методами растровой и электронной туннельной микроскопии найдено, что структура ГДТ на твердом носителе представляет трехуровневую систему: первичные частицы размером 30-40 нм, частицы второго уровня агрегации 500-900 нм и наиболее крупные агрегаты 5-10 мкм. Частицы первого уровня обусловливают повышенную селективность композита в процессе сорбции микроколичеств элементов II группы из слабоминерализованных растворов. 7. Исследование цианоферратов. Проведенные в лаборатории исследования химии цианоферратных комплексов (ЦФК) с р-элементами и гидратированных соединений титана (ГДТ) обусловлены возможностью использовать их в качестве аналитических реагентов, неорганических сорбентов, ионных проводников, а также прекурсоров для синтеза молекулярных магнитных материалов. Однако несмотря на широкий класс объектов в химии ЦФК и ГДТ существует ряд невыясненных вопросов. Проведено спектроскопическое исследование кристаллогидратных и безводных форм цианоферратов (II), (III) p-элементов (Sn, Pb). Установлены закономерности изменения колебательных спектров в зависимости от структуры, природы внешнесферного катиона, центрального атома гидратного состава, а также прочности химической связи и параметров заселенностей связей катион-азот. Сорбционными экспериментами изучена возможность включения молекул хлорида лития в решетку кристаллогидрата Sn2Fe(CN)6.3H2O

  ;

• Публикации лаборатории 2002-2014г.г..