Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия

Аморфный фосфат кадмия получен методом осаждения из водного основного раствора. Продукт синтеза был разделен на две части, одна из которых была промыта водой и высушена при температуре 150 °С, другая — дополнительно промыта ацетоном и высушена на воздухе при комнатной температуре. Образцы исследовал...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Рожков, Н.В., Карбовский, В.Л., Касияненко, В.Х., Дубок, В.А., Шпак, А.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Фізика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49031
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия / Н.В. Рожков, В.Л. Карбовский, В.Х. Касияненко, В.А. Дубок, А.П. Шпак // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 95-101. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49031
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-490312013-09-10T03:00:57Z Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия Рожков, Н.В. Карбовский, В.Л. Касияненко, В.Х. Дубок, В.А. Шпак, А.П. Фізика Аморфный фосфат кадмия получен методом осаждения из водного основного раствора. Продукт синтеза был разделен на две части, одна из которых была промыта водой и высушена при температуре 150 °С, другая — дополнительно промыта ацетоном и высушена на воздухе при комнатной температуре. Образцы исследовались методами рентгеновского фазового анализа (РФА), атомной силовой микроскопии (ACM), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС), Оже-спектроскопии, термогравиметрического дифференциального термического анализа (ТГ, ДТГ, ДТА). Результаты иссследований показали, что полученные образцы отвечают составу Cd5H2(PO4)4·4H2O. Картины морфологии синтезированных порошков позволяют судить о наноразмерных частицах, размеры которых находятся в диапазоне от 30 до 60 нм. Аморфний фосфат кадмію отримано методом осадження з водного основного розчину. Продукт синтезу розділяли на дві частини, одна з яких була промита водою і висушена при температурі 150 °С, інша — додатково промита ацетоном і висушена на повітрі при кімнатній температурі. Зразки досліджувалися методами рентгенівського фазового аналізу (РФА), атомної силової мікроскопії (ACM), рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФС), Оже-спектроскопії, термогравіметричного диференціального термічного аналізу (ТГ, ДТГ, ДТА). Результати досліджень показали, що отримані зразки відповідають складу Cd5H2(PO4)4·4H2O. Картини морфології синтезованих порошків дозволяють судити про нанорозмірні частинки, розміри яких знаходяться в діапазоні від 30 до 60 нм. Cadmium amorphous phosphate is obtained by the precipitation method from a basic aqueous solution. The product of synthesis consisted of two parts, one of them was washed with water and dried at 150 °C, while the other was washed further with acetone and dried in air. Samples were investigated by X-ray powder diffraction analysis (XRD), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy, and thermal analysis (TG, DTA and DTG). The results of investigations show that the composition of obtained samples corresponds to the formula Cd5H2(PO4)4·4H2O. Pictures of the morphology of synthesized powders show the presence of nanosized particles with a size of above 30–60 nm. 2012 Article Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия / Н.В. Рожков, В.Л. Карбовский, В.Х. Касияненко, В.А. Дубок, А.П. Шпак // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 95-101. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49031 535.33/34:539.216/22 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Фізика Фізика
spellingShingle	Фізика Фізика Рожков, Н.В. Карбовский, В.Л. Касияненко, В.Х. Дубок, В.А. Шпак, А.П. Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия Доповіді НАН України
description	Аморфный фосфат кадмия получен методом осаждения из водного основного раствора. Продукт синтеза был разделен на две части, одна из которых была промыта водой и высушена при температуре 150 °С, другая — дополнительно промыта ацетоном и высушена на воздухе при комнатной температуре. Образцы исследовались методами рентгеновского фазового анализа (РФА), атомной силовой микроскопии (ACM), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС), Оже-спектроскопии, термогравиметрического дифференциального термического анализа (ТГ, ДТГ, ДТА). Результаты иссследований показали, что полученные образцы отвечают составу Cd5H2(PO4)4·4H2O. Картины морфологии синтезированных порошков позволяют судить о наноразмерных частицах, размеры которых находятся в диапазоне от 30 до 60 нм.
format	Article
author	Рожков, Н.В. Карбовский, В.Л. Касияненко, В.Х. Дубок, В.А. Шпак, А.П.
author_facet	Рожков, Н.В. Карбовский, В.Л. Касияненко, В.Х. Дубок, В.А. Шпак, А.П.
author_sort	Рожков, Н.В.
title	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
title_short	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
title_full	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
title_fullStr	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
title_full_unstemmed	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
title_sort	синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Фізика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49031
citation_txt	Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия / Н.В. Рожков, В.Л. Карбовский, В.Х. Касияненко, В.А. Дубок, А.П. Шпак // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 95-101. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT rožkovnv sintezisvojstvananoporoškovfosfatakadmiâ AT karbovskijvl sintezisvojstvananoporoškovfosfatakadmiâ AT kasiânenkovh sintezisvojstvananoporoškovfosfatakadmiâ AT dubokva sintezisvojstvananoporoškovfosfatakadmiâ AT špakap sintezisvojstvananoporoškovfosfatakadmiâ
first_indexed	2025-07-04T09:54:48Z
last_indexed	2025-07-04T09:54:48Z
_version_	1836709722147782656
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 2 • 2012 ФIЗИКА УДК 535.33/34:539.216/22 © 2012 Н.В. Рожков, В.Л. Карбовский, В.Х. Касияненко, В. А. Дубок, академик НАН Украины А.П. Шпак Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия Аморфный фосфат кадмия получен методом осаждения из водного основного раство- ра. Продукт синтеза был разделен на две части, одна из которых была промыта во- дой и высушена при температуре 150 ◦С, другая — дополнительно промыта ацетоном и высушена на воздухе при комнатной температуре. Образцы исследовались методами рентгеновского фазового анализа (РФА), атомной силовой микроскопии (ACM), рент- геновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС), Оже-спектроскопии, термограви- метрического дифференциального термического анализа (ТГ, ДТГ, ДТА). Результаты иссследований показали, что полученные образцы отвечают составу Cd5H2(PO4)4·4H2O. Картины морфологии синтезированных порошков позволяют судить о наноразмерных частицах, размеры которых находятся в диапазоне от 30 до 60 нм. Апатитоподобные соединения, общая формула которых A10(XO4)6Y2 (A = Ca, Sr, Ba, Pb, Mn, Cd, Na; X = P, Si, Ge, As, V, S; Y = OH, F, Cl, Br, I, O, CO3), имеют большое значение в техническом, экологическом и биологическом плане, так как разработка, исследование и применение материалов на их основе считаются одним из перспективных направлений современной науки и техники. Такие материалы могут найти и уже находят свое примене- ние в разных областях техники, коммуникаций, энергетике, медицине [1]. Кроме того, апа- титоподобным соединениям присущ широкий спектр изо- и гетеровалентных замещений, что делает их интересными объектами фундаментальных и прикладных исследований. Среди многочисленных публикаций об исследованиях апатитов разного состава доля исследований апатитов кадмия занимает довольно скромную позицию. Из литературных данных известно [1], что во многих работах апатиты кадмия синтезировались либо с по- мощью “мягких” химических методов, но в виде смешанных кальций-кадмиевых апатитов, либо как чистые апатиты, но в более жестких гидротермальных условиях [2–5]. В основном, большинство работ посвящено получению гидроксилапатита кадмия — Cd-ГАП. Все вышеперечисленное обусловило интерес к исследованию возможностей получения апатитов кадмия с помощью мокрых химических методов, которые в некоторой степени проще из-за более мягких условий. В данной работе был проведен синтез фторапатита кадмия (Cd-ФАП) при помощи модифицированного метода осаждения из водного раство- ра [6]. В результате синтеза был получен фосфат кадмия состава Cd5H2(PO4)4 ·4H2O. В ра- ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 95 ботах [2, 7] сообщается, что данный фосфат является одним из промежуточных подуктов в процессе синтеза апатитов кадмия. И поскольку механизмы образования многих фосфат- ных апатитов проходят через стадии промежуточного образования различных аморфных фосфатов [1], то изучение аморфного фосфата кадмия может внести немалый вклад в ис- следование процессов образования апатитов кадмия. Кроме того, варьируя метод синтеза данного фосфата, можно получить продукт с частицами различной формы [2], что также делает его изучение весьма интересным. Объекты и методы исследования. Объекты исследований были получены методом осаждения. К раствору, содержащему NaH2PO4, NH4F и аммиак для достижения показате- ля pH около 10, капельным способом был добавлен раствор Cd(NO3)2 ·4H2O. Исходные ком- поненты взяты в количествах, необходимых для стехиометрического отношения Cd : P : F = = 5 : 3 : 1, в предположении получить продукт с формулой, близкой к Cd5(PO4)3F. Весь синтез проходил при постоянном перемешивании и нагревании раствора до кипения. Пос- ле того как весь раствор нитрата кадмия был введен, смесь оставляли при нагревании и перемешивании на 1,5 ч. На протяжении всего синтеза проводился контроль уровня pH и постоянно добавлялся небольшими порциями раствор аммиака для поддержания уровня pH около 10. После этого продукт был оставлен для старения под маточным раствором в течение 15 ч. В дальнейшем продукт многократно промывался (13-кратно) дистилированной водой методом декантации. После этого осадок разделили на две части, одна из которых была отфильтрована и высушена при температуре 150 ◦С в течение 4 ч. Другая часть допол- нительно промывалась ацетоном при помощи воронки Бюхнера под вакуумом, отфильтро- вывалась и высушивалась на воздухе при комнатной температуре. Продукты синтеза были исследованы методом рентгеновского фазового анализа (РФА) на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 (Cu Kα-излучение). Эксперимент РФА проходил при комнатной температуре с шагом сканирования 0,05◦. Полученные результаты РФА ана- лизировались с помощью программы Crystal Impact Match при использовании базы данных ICDD PDF-2. Исследования методами атомной силовой микроскопии (АСМ) и рентгеновской фото- электронной спектроскопии (РФС) проводились на приборе JSPM 4610 (фирмы Jeol, Япо- ния) при высоком вакууме (порядка 10−8 Па). Калибровка результатов РФС исследований осуществлялась по энергии связи 4f-линий Au. Исследования методом Оже-спектроскопии выполняли на приборе ЭСО-3. Калибровка результатов проводилась по линии KLL-перехода углерода (263 эВ). Термическое поведение объектов было исследовано методами термогравиметрического, дифференциального термического и дифференциального термогравиметрического анализа (ТГ, ДТА, ДТГ) на дериватографе Q-1500D фирмы MOM на воздухе при свободной кон- векции, в режиме нагрева со скоростью нагревания 5 ◦С/мин, в температурном интервале от комнатной температуры до 1000 ◦С. Результаты исследований. Анализ данных РФА показал, что линии дифрактограм- мы образца находятся в хорошем соответствии с линиями дифрактограммы, отвечающи- ми составу Cd5H2(PO4)4 · 4H2O. Это дает возможность предполагать, что основная фаза данного образца имеет формулу Cd5H2(PO4)4 · 4H2O. Индексирования дифрактограммы проводилось с помощью базы данных PDF-2 по результатам работы [7]. Структура данного соединения принадлежит к моноклинной сингонии. Параметры элементарной ячейки были рассчитаны с помощью метода наименьших квадратов: a = 17,946(6) Å, b = 9,420(4) Å, 96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2 c = 9,694(5) Å, β = 96,51(5)◦, V = 1628(1) Å3. Эти результаты расчетов находятся в хо- рошем соответствии с литературными данными [7]: a = 17,9 Å, b = 9,392 Å, c = 9,677 Å, β = 96,53◦, V = 1616,31 Å3. Рентгенофотоэлектронные исследования показали малую интенсивность линии углеро- да, что свидетельствует о поверхностном присутствии незначительного количества углево- дородов, сорбированных на поверхности образца (рис. 1). Метод РФС продемонстрировал отсутствие линий для фтора и натрия, что говорит о том, что они не вошли в состав продук- та во время синтеза. Энергетическое положение линий Р 2s и P 2p соответствует энергети- ческому состоянию уровней фосфора, наблюдаемому для гидрофосфатов (табл. 1). Исходя из энергетического положения линий кадмия, можно заключить, что оно выше, чем у CdO, и близко к Cd(OH)2. Положение линии 2s кислорода соответствует энергетическому поло- жению таковой в СаНРО4. Ширины на половине высоты РФС линий элементов, приведен- ные на рис. 1, помимо информации о естественной ширине остовных электронных уровней, отражают количество неэквивалентных состояний для данного химического элемента. Ши- рины на половине высоты О 1s и Р 2p (см. рис. 1) соответствуют ширинам соответствующих линий для кристаллического гидроксоапатита кальция [1]. По всей видимости, ближайшая координация тетраэдров в аморфном состоянии мало нарушается. Результаты исследования образца методом Оже-спектроскопии приведены на рис. 2. Наблюдаются пики следующих линий: при 373 эВ, характерный для кадмия (MNN); при 107 эв, характерный для фосфора (LMM); при 505 эВ, характерный для кислорода (KLL); при 263 эВ, характерный для углерда (KLL). Исходя из того, что наибольшую интенсив- ность имеет линия углерода и учитывая, что метод Оже-спектроскопии дает информацию о нескольких монослоях, можно подтвердить данные метода РФС о присутствии углеро- да только на поверхности образцов. Доказательством этого является также то, что линия углерода наблюдалась до травления образца, однако после травления образца в атмосфере аргона она исчезает. Как правило, Оже-пик для фосфора наблюдается в области около 120 эВ, однако, по результатам данного исследования, этот пик находится на ∼107 эВ. Такой результат свиде- тельствует о том, что поверхностные атомы фосфора находятся в отличном от объемного химическом состоянии и, следовательно, поверхностные тетраэдры также находятся в дру- гом энергетическом состоянии. Влияние разных способов промывания во время синтеза на свойства объектов было исследовано с помощью метода термогравиметрического дифференциального термического анализа. Результаты этого исследования представлены на рис. 3. Потеря массы образца, промытого водой, составила 7,57% (мас.), а образца, промытого дополнительно ацетоном — 9,08% (мас.). Таблица 1. Значения химических сдвигов по данным РФС анализа Уровни энергии, эВ Cd P O C 3d3/2 412,6 3d5/2 405,8 3p1/2 653,2 3p3/2 618,9 2p 133,6 2s 191,1 1s 531,6 284,7 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 97 Рис. 1. Результаты РФС исследования аморфного фосфата кадмия В термическом поведении образцов замечены следующие различия: у образца, про- мытого водой (образец a), пик первого эндотермического эффекта, сопровождающегося скачкообразной потерей массы, находится при температуре 252 ◦С, тогда как для образца, дополнительно промытого ацетоном (образец б ), этот пик сдвигается в область высоких температур и находится при температуре 268 ◦С. Следующий этап ускоренной потери мас- 98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2 Рис. 2. Оже-спектры образца: а — Cd (MNN); б — P (LMM); в — O (KLL); г — C (KLL) Рис. 3. Кривые ТГ, ДТГ и ДТА образцов аморфного фосфата кадмия, промытых разным способом: а — промыт водой; б — дополнительно ацетоном сы для образца a находится в интервале температур 317–380 ◦С. Он проходит в две стадии, хотя на кривой ДТГ они сливаются и едва различимы, но на кривой ДТА четко видны два пика эндотермических эффектов, находящиеся при 342 и 366 ◦С. В то время как для образ- ца б эта стадия ускоренной потери массы происходит в один этап с одним эндотермическим эффектом в области температур 317–370 ◦С, пик которго находится при 352 ◦С. Такие эн- ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 99 Рис. 4. Снимок атомной силовой микроскопии порошка Cd5H2(PO4)4 · 4H2O дотермические эффекты с ускоренной потерей массы обычно свидетельствуют о десорбции поверхностной жидкости под действием нагрева. Также у обоих образцов наблюдаются мелкие термические эффекты в области темпера- тур 400–490 ◦С, не сопровождающиеся существенными изменениями массы. Экзотермичес- кие эффекты (для образца a — пик при 580 ◦С, для образца б — пик при 578 ◦С) также не сопровождаются изменениями массы. Такие эффекты обычно свидетельствуют о фазофых превращениях. По-видимому, учитывая их близость для обоих образцов, в данном случае — это эффекты кристаллизации аморфного фосфата кадмия. Результаты атомной силовой микроскопии, показывающие морфологию образцов, пред- ставлены на рис. 4. На снимке четко видны частицы порошка, довольно однородные по размеру и форме. Анализ снимков показывает, что размеры частиц находятся в области от 30 до 60 нм. Таким образом, методом осаждения из водного основного раствора получен аморфный фосфат кадмия состава Cd5H2(PO4)4 · 4H2O. Состав был подтвержден методом рентгенов- ского фазового анализа. При помощи метода РФС описано химическое состояние компонент исследуемого соединения. Показано отсутствие линий посторонних прекурсоров, что свиде- тельствует о чистоте полученного продукта. Установлено, что углерод присутствует только на поверхности частиц за счет сорбции углеводородов при комнатных условиях. Описано поведение образцов, промытых различными способами, при нагреве. Показаны различия в температурах десорбции поверхностной жидкости при промывании образцов водой и дополнительно ацетоном. Морфология поверхности образцов установлена методом неконтактной атомно-силовой сканирующей микроскопии. Установлены характерные размеры частиц, которые находятся в интервале от 30 до 60 нм. Таким образом, результаты работы подтверждают, что описанный выше метод осажде- ния из водного основного раствора позволяет получать нанопорошки аморфного фосфата кадмия. 100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2 1. Карбовский В.Л., Шпак А.П. Апатиты и апатитоподобные соединения. Электронная структура и свойства. – Киев: Наук. думка, 2010. – 483 с. 2. Arami H., Mazloumi M., Khalifehzadeh R. et al. Self-assembled dahlia-like cadmium hydrogen phosphate hydrate nanostructures as templates for cadmium hydroxyapatite hexagonal prisms // J. of Crystal Growth. – 2007. – 309 (1). – P. 37–42. 3. Cherifa A. B., Jemal M. Enthalpy of Formation and Mixing of Calcium-Cadmium Phosphoapatites // Phosphorus Research Bulletin. – 2004. – 15. – P. 113–118. 4. Zhu K., Yanagisawa K., Onda A. et al. Morphology variation of cadmium hydroxyapatite synthesized by high temperature mixing method under hydrothermal conditions // Materials Chemistry and Physics. – 2009. – 113, No. 1. – P. 239–243. 5. Nounah A., Maroufi N., Ichou Y.A. et al. X-ray diffraction study of cadmium hydroxyapatite // J. Phys. IV France. – 2005. – 123. – P. 251–254. 6. Prageeth R. Ch. Synthesis and characterization of strontium fluorapatite // MAI 44/02. – 2006. – 913 p. 7. Averbuch-Pouchot M.T., Durif A. Donnees crystallographiques sur Cd5H2(PO4)4 · 4H2O and Cd5H2(AsO4)4 · 4H2O // Bull. Soc. Fr. Mineral. Cristallogr. – 1970. – 93. – P. 123–127. Поступило в редакцию 26.08.2011Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, Киев Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев М.В. Рожков, В.Л. Карбiвський, В.X. Касiяненко, В.А. Дубок, академiк НАН України А. П. Шпак Синтез i властивостi нанопорошкiв фосфату кадмiю Аморфний фосфат кадмiю отримано методом осадження з водного основного розчину. Про- дукт синтезу роздiляли на двi частини, одна з яких була промита водою i висушена при температурi 150 ◦С, iнша — додатково промита ацетоном i висушена на повiтрi при кiм- натнiй температурi. Зразки дослiджувалися методами рентгенiвського фазового аналiзу (РФА), атомної силової мiкроскопiї (ACM), рентгенiвської фотоелектронної спектроско- пiї (РФС), Оже-спектроскопiї, термогравiметричного диференцiального термiчного аналi- зу (ТГ, ДТГ, ДТА). Результати дослiджень показали, що отриманi зразки вiдповiдають складу Cd5H2(PO4)4 ·4H2O. Картини морфологiї синтезованих порошкiв дозволяють судити про нанорозмiрнi частинки, розмiри яких знаходяться в дiапазонi вiд 30 до 60 нм. N.V. Rozhkov, V. L. Karbovskiy, V. Kh. Kasiyanenko, V.A. Dubok, Academician of the NAS of Ukraine A.P. Shpak Synthesis and properties of cadmium phosphate nanopowders Cadmium amorphous phosphate is obtained by the precipitation method from a basic aqueous solu- tion. The product of synthesis consisted of two parts, one of them was washed with water and dried at 150 ◦C, while the other was washed further with acetone and dried in air. Samples were investigated by X-ray powder diffraction analysis (XRD), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy, and thermal analysis (TG, DTA and DTG). The results of investigations show that the composition of obtained samples corresponds to the formula Cd5H2(PO4)4 · 4H2O. Pictures of the morphology of synthesized powders show the presence of nanosized particles with a size of above 30–60 nm. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 101

Синтез и свойства нанопорошков фосфата кадмия

Institution

Ähnliche Einträge