Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Применение метода транспортного восстановления для синтеза систем Fe2S3-x, CuFeS2-x и CuFe2S3-x

Работа №131060

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

химия

Объем работы47
Год сдачи2016
Стоимость4930 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
23
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
1. Литературный обзор
1.1 Сульфидные соединения железа
1.1.1 Пирит FeS2
1.1.2 Грейгит (мельниковит) Fe3S4
1.1.3 Халькопирит CuFeS2
1.1.4 Кубанит CuFe2S3
1.1.5 Обобщение основных свойств сульфидов железа
1.2 Метод химических транспортных реакций
1.2.1 Явление химического и частичного химического транспорта.
1.2.2 Процессы транспортного восстановления (ПТВ)
1.2.3 Применение метода ПТВ для синтеза пленочных структур
1.2.4 Бескислородные системы и возникающие при этом проблемы
1.3 Методы анализа
1.3.1 Рентгенофазовый анализ
1.3.2 Мессбауэровская спектроскопия
2. Экспериментальная часть
2.1 Исходные вещества
2.2 Использованное оборудование
2.3 Синтез грейгита (Fe2S3)
2.4 Проведение процесса транспортного восстановления
2.5 Получение халькопирита CuFeS2-х
2.6 Определение соотношения Fe2+/Fe3+ фотоколориметрическим методом с
ортофенантролином
3. Обсуждение результатов
3.1 Установление принципиальной возможности восстановления сульфида
железа методом транспортного восстановления
3.2 Получение синтетического халькопирита (CuFeS2) из CuS и Fe2S3 методом
транспортного восстановления.
ВЫВОДЫ
Благодарности
Список литературы
Приложение

Химия магнитных материалов – одно из наиболее активно развиваемых направлений современной науки, в последние годы привлекающее все большее внимание исследователей из различных областей химии, физики, биологии и медицины [1, 2].
Халькогениды железа – это огромное семейство соединений, в котором встречаются материалы с различным типом проводимости (проводники, полупроводники и диэлектрики) и различными магнитными свойствами (ферри- и ферромагнетики, антиферромагнетики и парамагнетики).
Среди магнитных наноматериалов сульфидные соединения железа, такие как магнетит, гематит, грейгит и халькопирит, уже давно изучаются и в настоящее время широко используются в микроэлектронике и медицине. Например, предполагается их использование в качестве контрастного агента в магниторезонансной томографии, в адресной доставке лекарств, а также в различных устройствах записи и хранения информации, сенсорах. Основными требованиями здесь являются простота синтеза, нетоксичность, химическая стабильность. В отличие от оксидов, наночастицы сульфидов железа сложнее синтезировать из-за сильной зависимости свойств от соотношения Fe/S и температуры синтеза. Также они больше подвержены деградации и окислению на воздухе.
Целью настоящей работы является разработка подхода к модифицированию общего содержания серы в следующих фазовых композициях: грейгита (Fe3S4), халькопирита (CuFeS2) и кубанита (CuFe2S3) методом транспортного восстановления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проверить применимость метода транспортного восстановления для целенаправленного регулирования содержания серы в вышеперечисленных соединениях.
2. Исследовать физико-химические свойства полученных соединений.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность транспортного восстановления сульфидов железа и меди магнием при температурах 600-800оС.
2. Методом транспортного восстановления в системе Fe2S3-Mg-H2 получен ряд двухфазных композиций FeS/Fe2S3 с соотношения Fe2+/Fe3+ в диапазоне от 0 до 4.
3. Предложен новый метод синтеза халькопирита из смеси рентгеноаморфных сульфидов (CuS, Fe2S3), основанный на транспортном восстановлении исходной смеси металлическим магнием с парами воды в качестве транспортного агента.
4. Показана эффективность методов рентгеновской дифракции и Мессбауэровской спектроскопии для контроля над протеканием процесса транспортного восстановления и изменениями структуры образующихся сульфидов.


1. Avilov A.S., Gubin S.P., Zaporozhets M.A. Electron crystallography as an informative
method for studying the structure of nanoparticles // Crystallogr. Rep. 2013. Vol. 58, № 6.
P. 788–804.
2. Vaughan D.J., Craig J.R. Mineral chemistry of metal sulfides. Cambridge [Eng.]; New
York: Cambridge University Press, 1978. 512 p.
4. Дроздова С.В., Cамсонов Г.В. Сульфиды. Москва: Металлургия, 1972.
3. Liang D. et al. A facile synthetic approach for copper iron sulfide nanocrystals with
enhanced thermoelectric performance // Nanoscale. 2012. Vol. 4, № 20. P. 6265–6268.
4. Wang Y.-H.A., Bao N., Gupta A. Shape-controlled synthesis of semiconducting CuFeS2
nanocrystals // Solid State Sci. 2010. Vol. 12, № 3. P. 387–390.
5. Verma S. et al. Chalcopyrite nanocomposite material for sustainable thermoelectrics //
Jpn. J. Appl. Phys. 2014. Vol. 53, № 12. P. 120301.
6. Takayama T., Takagi H. Phase-change magnetic memory effect in cation-deficient iron
sulfide Fe1−xS // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, № 1. P. 012512.
7. Lyubutin I.S. et al. High-temperature redistribution of cation vacancies and irreversible
magnetic transitions in the Fe1−x S nanodisks observed by the Mössbauer spectroscopy and
magnetic measurements // J. Nanoparticle Res. 2011. Vol. 13, № 10. P. 5507–5517.
8. Yang K. et al. FeS nanoplates as a multifunctional nano-theranostic for magnetic
resonance imaging guided photothermal therapy // Biomaterials. 2015. Vol. 38. P. 1–9.
148
9. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. Москва: Государственное Издательство
геологической литературы, 1951.
11. Dekkers M.J., Schoonen A.A. An electrokinetic study of synthetic greigite and
pyrrhotite // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. Vol. 58, № 19. P. 4147–4153.
12. Lin Z. Mineralogical and chemical characterization of wastes from the sulfuric acid
industry in Falun, Sweden // Environ. Geol. 1997. Vol. 30, № 3-4. P. 152– 162.
13. Menyeh A., O’reilly W. The Magnetization Process In Monoclinic Pyrrhotite (Fe7S8)
Particles Containing Few Domains // Geophys. J. Int. 1991. Vol. 104, № 2. P. 387–399.41
14. Enkin R.J. et al. Magnetic hysteresis parameters and Day plot analysis to characterize
diagenetic alteration in gas hydrate-bearing sediments // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2007.
Vol. 112, № B6. P. n/a – n/a.
15. Tazibt S. et al. Electronic, magnetic and structural properties of neutral, cationic and
anionic Fe2S2, Fe3S4 and Fe4S4 clusters // J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 2010. Vol. 43, №
16. P. 165101.
16. Beinert H., Holm R.H., Münck E. Iron-Sulfur Clusters: Nature’s Modular,
Multipurpose Structures // Science. 1997. Vol. 277, № 5326. P. 653–659.
17. Kasama T. et al. Magnetic microstructure of iron sulfide crystals in magnetotactic
bacteria from off-axis electron holography // Phys. B Condens. Matter. 2006. Vol. 384, №
1–2. P. 249–252.
18. Power L.F., Fine H.A. The iron-sulfur system.Part 1. The structure and physical
properties of the compounds of the low-temperature phase fields // Mineral Science Engng.
1976. Vol. 8. P. 106–128.
19. Dekkers M.J. Some rockmagnetic parameters for natural goethite, pyrrhotite and finegrained hematite. University of Utrecht, 1988.
20. Snowball I., Torii M. Incidence and significance of magnetic iron sulphides in
Quaternary sediments and soils // Quat. Clim. Environ. Magn. Cambridge University Press,
1999.
21. Cisarova I., Skala R., Drabek M. Inversion twinning in troilite // American
Mineralogist. 2006. Vol. 91. P. 917–921.
22. Taylor L.A., Williams K.L. Smythite, (Fe,Ni)9S11 - A redefinition // American
Mineralogist. 1972. Vol. 57. P. 1571.
23. Erd R.C., Evans, Jr. H.T., Richter D.H. Smythite, a new iron sulfide, and associated
pyrrhotite from Indiana // American Mineralogist. 1957. Vol. 42. P. 309.
24. Morimoto N. et al. Superstructure and Nonstoichiometry of Intermediate Pyrrhotite //
American Mineralogist. 1975. Vol. 60. P. 240–248.
25. Новиков В.Г., Егоров В.К., Соколов Ю.А. Пирротины: Кристаллическая и
магнитная структура, фазовые превращения. Москва: Наука, 1988.
26. Lennie A.R. et al. Synthesis and Rietveld crystal structures refinement of
mackinawaite, tetragonal FeS // Mineral. Mag. 1995. Vol. 59, № 4. P. 677–683. 14942
27. Chang L. Fundamental magnetic properties of Greigite (Fe3S4): phd. University of
Southampton, 2009. 162 p.
28. Kradinova L.V. et al. Novel zero-gap compounds, magnetics: CuFeS2 and CuFeTe2 //
Semicond. Sci. Technol. 1993. Vol. 8, № 8. P. 1616.
29. Teranishi T. Magnetic and Electric Properties of Chalcopyrite // J. Phys. Soc. Jpn. 1961.
Vol. 16, № 10. P. 1881–1887.
30. Hamajima T. et al. Self-consistent electronic structures of magnetic semiconductors by
a discrete variational Xα calculation. III. Chalcopyrite CuFeS2 // Phys. Rev. B. 1981. Vol.
24, № 6. P. 3349–3353.
31. Hu J. et al. A hydrothermal reaction to synthesize CuFeS2 nanorods // Inorg. Chem.
Commun. 1999. Vol. 2, № 12. P. 569–571.
32. Pauling L., Brockway L.O. The Crystal Structure of Chalcopyrite CuFeS2 // Z. Für
Krist. - Cryst. Mater. 1932. Vol. 82, № 1.
33. Pearce C.I. et al. Copper oxidation state in chalcopyrite: Mixed Cu d9 and d10
characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. Vol. 70, № 18. P. 4635–4642.
34. Pareek S. et al. Mössbauer study on microwave synthesized (Cu,Fe) sulfide composites
and correlation with natural mineral—cubanite // Hyperfine Interact. 2008. Vol. 186, № 1-3.
P. 113–120.
35. Cabri L.J. et al. On the transformation of cubanite // Can. Mineral. 1973. Vol. 12, № 1.
P. 33–38.
36. Szymański J.T. A refinement of the structure of cubanite, CuFe 2 S 3 // Z. Für Krist.
1974. Vol. 140, № 3-4. P. 218–239. 37. Szymanski J.T. The crystal structure of hightemperature CuFe2S3 // Z. Für Krist. 1974. Vol. 140, № 3-4. P. 240–248.
38. Chandra U. et al. 57Fe Mössbauer spectroscopy and electrical resistivity studies on
naturally occurring native iron under high pressures up to 9.1 GPa // American
Mineralogist. 2010. Vol. 95. P. 870–875.
39. McCammon C.A. Equation of state, bonding character, and phase transition of
cubanite, CuFe2S3, studied from 0 to 5 GPa // American Mineralogist. 1980. Vol. 80. P. 1–
8.
40. Greenwood N.N., Whitfield H.J. Mössbauer effect studies on cubanite (CuFe2S3) and
related iron sulphides // J. Chem. Soc. Inorg. Phys. Theor. 1968. № 0. P. 1697–1699.43
41. Wintenberger M., Lambert-Andron B., Roudaut E. Détermination de la structure
magnétique de la cubanite par diffraction neutronique sur un monocristal // Phys. Status
Solidi A. 1974. Vol. 26, № 1. P. 147–154.
42. Sawada M., Ozima M., Fujiki Y. Magnetic Properties of Cubanite (CuFe2S3) // J.
Geomagn. Geoelect. 1962. Vol. 14. P. 107–112.
43. Miyamoto M. et al. A new polymorph of cubanite, CuFe2S3 // Mater. Res. Bull. 1980.
Vol. 15, № 7. P. 907–910.
44. Pruseth K.L., Mishra B., Bernhardt H.J. An experimental study on cubanite
irreversibility; implications for natural chalcopyrite-cubanite intergrowths // Eur. J. Mineral.
1999. Vol. 11, № 3. P. 471–476.
45. Caye R. Isocubanite, a New Definition of the Cubic Polymorph of Cubanite CuFe2S3 //
Mineral. Mag. 1988. Vol. 52, № 367. P. 509–514.
46. Шеффер Г. Химические транспортные реакции. Изд. Мир: Москва 1964
47. Vladimir M. Smirnov, Vladimir G. Povarov, Gennadii P. Voronkov, Valentin G.
Semenov, Igor’ V. Murin1, Viktor N. Gittsovich1 and Boris M. Solid-state water-mediated
transport reduction of nanostructured iron oxides// Journal of Nanoparticle Research 3: 83–
89, 2001.
48. V. G. Povarov. Formation of Bulk and Two-Dimensional Metal Oxide Nanostructures
by Transport Reduction// Russian Journal of General Chemistry, Vol. 72, No. 7, 2002, pp.
101231016. Vol. 72, No. 7, 2002, pp. 108231087.
49. Л.М.Ковба, В.К.Трунов. Рентгенофазовый анализ-М. :изд. МГУ, 1976 – с.150
50. Семенов В.Г., Панчук В.В. Практическое руководство по спектроскопии ядерного
гамма-резонанса. – СПб: Изд-во СПбУ, 2010 – с.78
51. П.Б.Фабричный, К.В.Похолок. Конспект курса лекций для студентов старших
курсов и аспирантов химического факультета Мессбауэровская спектроскопия и ее
применение для химической диагностики неорганических материалов. –М.: МГУ,
2008, - 142с.
52. Адамсон А.В. Физическая химия поверхностей Изд: Мир: Москва 1979 с.568

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.