Тема: Синтез, свойства и кристаллохимические особенности некоторых аналогов безводных сульфатных минералов

В настоящее время уделяется значительное внимание поиску новых минералов с сульфатными анионами, о чем свидетельствует большое количество публикаций в отечественных научных журналах и в зарубежных.
Большинство безводных сульфатных минералов образуется в результате высокотемпературных экзогенных процессов в активных фумаролах вулканов. Также особый интерес для изучения представляют сульфатные минералы именно потому, что некоторые из них были обнаружены на поверхности Марса. При этом многие из них являются гидратированными, что может свидетельствовать о существовании воды на поверхности Марса в прошлом. Если изучение минералов с поверхности Земли представляется возможным, то с поверхности Марса нет. Более того, изучение минералов с поверхности Земли затрудняется их крайней нестабильностью при стандартных условиях: некоторые из них гидратируются в течение всего лишь нескольких часов. Поэтому представляется важной работа над созданием синтетических аналогов минералов, как с точки зрения получения материалов для дальнейшего изучения, так и с точки зрения моделирования процессов минералообразования.
Материалы с сульфатными анионами широко используются в современной индустрии. Яркий пример представляет собой использование сульфатов щелочных металлов в качестве добавок в электролитах для аккумуляторов. Новый материал Li2Fe2(SO4)3 имеет примечательную электрохимическую активность — он показывает высокий потенциал между окислительно-восстановительной парой Li+/ Li0. Следует отметить, что данный материал кристаллизуется в структурном типе NaSICON или anti- NaSICON (т. е. его кристаллическая структура относится к группе натриевых суперионных проводников. Другой соединение - Na2Fe2(SO4)3 кристаллизуется в структурном типа аллюодита, он обладает также высоким потенциалом Na+/Na0 — 3.8 V [Lander et al., 2017]. С учетом этого, мы приступили к изучению и поиску новых структур на основе сульфатов, применение которых возможно для батарей. Более того, сульфаты, как известно, являются хорошими люминофорами. Было показано [Gedam et al., 2006], что в кристаллической решётке соединения KZnSO4Cl, ионы Mn2+ и Dy3+ обладают люминесцентным характером при наличии иона Ce3+, который является сенсибилизатором. Таким образом, Dy3+ эмиссия и Mn2+ эмиссия в люминофоре KZnSO4Cl может быть полезны для термолюминесцентной дозиметрии и ламповой промышленности соответственно.
Особенности кристаллических структур сульфатов являются причиной некоторых полезных свойств для применения. Поэтому важно изучение кристаллической структуры природных минералов и их синтетических аналогов. Материалы с сульфатными анионами широко используются в современной индустрии. В моей работе были исследованы новые соединения безводные сульфаты аналоги минералов — ительменита и белоусовита.
Целью данной работы является получение синтетических аналогов ительменита, а также аналог белоусовита, и описание кристаллических структур полученных фаз.
В данной работе предполагается решение следующих основных задач:
• Синтез методом роста из расплава Na2CuMg2(SO4)4, NazCiiZiHSO.i).! ;
• Синтез методом газового странспорта KZn(SO4)Cl, KZn(SO4)Br
• Рентгеноструктурный эксперимент (монокристальный и порошковый);
• Термоанализ (ТГА и ДТА) и рентгенодифракционный анализ
• Установление кристаллических структур;
• Описание кристаллохимических особенностей, сравнительный анализ синтетических аналогов с минералом.
Для изучения состава и свойств синтетических аналогов минералов использованы различные методы: монокристальный рентгеноструктурный анализ, порошковая рентгенография, ТГА анализ, ДТА анализ. Рентгеноструктурные исследования выполнены на оборудовании ресурсного центра "Рентгенодифракционные методы исследования" и в лаборатории химии твердого тела университета Лилля, Франция (Unite de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 - UCCS).
Купить

В ходе работы было выполнено 20 синтезов. Успешно были получены синтетические фазы Na2CuMg2(SO4)4, Na2CuZn2(SO4)4, KZn(SO4)Cl и KZn(SO4)Br, а также были расшифрованы их кристаллические структуры. Из них был получен чистый порошок Na2CuMg2(SO4)4 и KZn(SO4)Cl. Данные порошки были использованы для изучения термического расширения синтетического аналога ительменита и белоусовита, соответственно. В работе выяснена температура кристаллизации фаз (для ительменита температура кристаллизации составляет 594 °С, для белоусовита— выясним в ближайший время). В работе ещё было выполнило сравнение длины связи в структуре ительменита и его аналога, а так же в структуре белоусовита и его аналогов.
По синтезу и структурам ительменитов были опубликованы тезисы доклада на Европейской кристаллографической конференции. А по синтетическим аналогам белоусовита поданы тезисы для участия с постерным докладом на конференцию в г. Апатиты
Купить