THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES

The review analyzes the physical and chemical properties of modified natural and artificial layered aluminosilicates, which form the basis for the emergence of thermoelectric properties in materials based on them. It represented the main methods of modification and analysis of structural and therm...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2022
Main Author:	Boychuk, Oleksandr
Format:	Article
Language:	English
Published:	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022
Online Access:	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/486
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Ukrainian Chemistry Journal
Download file:

Institution

Ukrainian Chemistry Journal

_version_	1871465869458014208
author	Boychuk, Oleksandr
author_facet	Boychuk, Oleksandr
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Oleksandr Boychuk", "institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kiev, Palladin av., 32\/34,03142 Ukraine" } ]
author_sort	Boychuk, Oleksandr
baseUrl_str	https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-22T08:23:50Z
description	The review analyzes the physical and chemical properties of modified natural and artificial layered aluminosilicates, which form the basis for the emergence of thermoelectric properties in materials based on them. It represented the main methods of modification and analysis of structural and thermoelectric properties of these materials. Chemical modification of layered aluminosilicates is carried out by the reaction of solid aluminosilicate with concentrated aqueous solutions of metal hydroxides of groups I and II, their silicates, or phosphoric acid. The products of such interaction are called geopolymer. This name used to describe the reaction of the transformation of amorphous aluminosilicate into crystalline products during the interaction the solid product with concentrated alkali solutions of metals from the groups I and II, or the formation of composites and gel systems. The change in particle size, acidity of the media and impurity exchangeable cations in layered aluminosilicates significantly affects its acid-base and catalytic properties in aqueous solutions. The use of aqueous solutions increases the effect of hydrolytic processes on the number of hydroxide groups in the composition of the mineral, which are responsible for the adsorption properties and create the possibility of oxidative-destructive catalysis with the participation of the mineral. The ion-exchange capacity of layered aluminosilicates depends on the degree of their dispersion. The increasing degree of the Perdispersion level increases the ion-exchange capacity of the material. It is also possible to modify layered aluminosilicates with phosphoric acid, which can form polymers. Using phosphoric acid allows high temperatures over 900 C to change the electrical properties of minerals. The priority directions for strengthening the properties of heat-to-electricity conversion through the development of composite materials based on layered aluminosilicates using metal nanoparticles, silicon carbide, carbon, graphene, graphene-like materials, and metal oxides embedded in the aluminosilicate matrix have been established.
doi_str_mv	10.33609/2708-129X.88.10.2022.70-90
first_indexed	2025-09-24T17:43:47Z
format	Article
fulltext	70 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 УДК 549.6; 54-03; 544.72.023 doi: 10.33609/2708-129X.88.10.2022.70-90 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХ О. В. Бойчук Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна; e-mail: 9spiritlucker9@gmail.com В огляді наведено аналіз фізико-хімічних властивостей модифікованих природних та штучних шаруватих алюмосилікатів, що формують основу виникнення термоелект ричних властивостей в матеріалах на їхній основі. Наведено основні методи модифі- кування та аналізу структурних та термоелектричних властивостей цих матеріалів. Встановлено пріоритетні напрямки підсилення властивостей перетворення тепла в електрику за рахунок розроблення композиційних матеріалів на основі шаруватих алюмосилікатів із використанням металевих наночастинок, карбіду кремнію, карбону, графену, графеноподібних матеріалів, оксидів металів, які вбудовані у матрицю алю мосилікату. Ключові слова: шаруватий алюмосилікат, модифікація, композитний матеріал, коефіцієнт Зеєбека, структура. ВСТУП. Одним із добре відомих альтер- нативних джерел енергії є термоелектричні елементи − матеріали, які генерують елек- трострум за наявності різниці температу- ри окремих ділянок елемента. В поняття термоелектричних явищ входить сукуп- ність явищ, в яких різниця температур між двома різнорідними твердими або рідкими речовинами створює електричний потен- ціал або, навпаки, електричний потенціал створює різницю температур. Таким чи- ном, сукупність таких властивостей доз- воляє перетворювати теплоту в електрику в твердих або рідких провідниках, а також здійснювати прямий нагрів або охолоджен- ня контактів двох провідників струмом, що проходить [1]. Найбільш широке сучасне застосування цих явищ спостерігаємо за термоелектричної генерації, коли джерелом енергії є відпрацьовані теплові потоки. Такі потоки виникають у геотермальних водах із різницею температур 80−180 ºC, в оке- анських течіях, на сонячних панелях або на електростанціях. Цей підхід «має право на життя» для утилізації теплових втрат, але він має два великих системних недоліки. 71https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 Термоелектричні матеріали є досить доро- гими і мають низьку ефективність пере- творень. У найпоширеніших умовах, коли температура джерела «теплового сміття» вища за температуру навколишнього сере- довища на кілька десятків градусів, ефек- тивність утилізації втрат за допомогою термоелементів становить близько 0,5%. Поява двох ефектів Зеєбека та Пельтьє безпосередньо пов’язана з природою тер- моелектричних матеріалів (ТЕМ). Термо- електричними властивостями володіють практично всі метали, їхні хімічні сполу- ки (оксиди, сульфіди, селеніди, фосфіди, карбіди, інтерметалічні сполуки тощо) і сплави, а також багато напівпровідників. Розподіл ТЕМ на термопарні (для вимірю- вання низьких і високих температур) і ма- теріали для термоелектрогенераторів (ТЕГ) та термоелектрохімічних пристроїв (ТЕХ) визначають величинами коефіцієнта тер- мо ЕРС (мкВ / К), температурою плавлен- ня, тепло- і електропровідністю і механіч- ними характеристиками [2−4]. Останнім часом до матеріалів для ТЕГ додали телу- ріди вісмуту, свинцю, сурми та їхні тверді розчини; селеніди вісмуту і сурми; телурид германію, моносульфід самарію, селенід гадолінію, станід і силіцид магнію. В ТЕХ зазвичай використовують телурид вісмуту. До термопарних матеріалів належить низ- ка металевих сплавів із благородних і не- благородних металів [2−6]. Але найбільш привабливими, з точки зору використання у будівлях, вважають шаруваті природні та штучні алюмосилікати, які мають ще назву «геополімери». Саме встановлення причин цієї привабливості, тобто з’ясування фізи- ко-хімічних властивостей, що є основою появи термоелектричних ефектів, та ефек- тивності використання цих матеріалів й присвячено цей огляд. Особливості будови природних шарува- тих алюмосилікатів. Для більшості гли- нистих мінералів характерною є шарувата структура, що складається з шарів крем- некисневих тетраедрів і алюмокисневих октаедрів, які накладені один на одного з утворенням елементарного пакету. Роз- різняють мінерали типу 1:1, елементарний пакет яких складається з одного тетра едричного та одного октаедричного шару (рис. 1), та мінерали типу 2:1, у пакетах яких один октаедричний шар укладений між двома зовнішніми тетраедричними шарами (рис. 2) [7, 8]. Каолініт, серпентин та ін. належать до мінералів типу 1:1, міне- рали групи монтморилоніту, хлориту, слю- ди та ін. відносять до мінералів типу 2:1. Моносилікати відрізняються великою різ- номанітністю кремнекисневих радикалів. Для глинистих мінералів, серпентинів, більшості слюд найбільш характерними є каолінітові шари (сітки). В таких сітках [SiO4] 4- тетраедри лежать своїми основами в одній площині, їхні вершини розгорнуті в один бік, а найпростішим фрагментом, що багаторазово повторюється, є шестичлен- не кільце. У кожному тетраедрі закладено один атом кремнію, до кожного тетраедру належить один атом кисню в його верши- ні, три інших атоми кисню в основі нале- жать зазначеному тетраедру наполовину. Тобто, на кожен тетраедр припадає 1 атом кремнію, а кисню1+3/2=2,5, тобто його «склад» Si1O2,5. Усього таких тетраедрів у кільці − шість, але кожен із них належить трьом сусіднім кільцям. Це означає, що на все кільце припадає лише два тетраедри. Звідси загальна формула кільця − (Si2O5) 2-. 72 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ А всього кремнієкисневого радикалу − [Si2O5] 2- ∞∞ . Індекс ∞∞ при радикалі означає його нескінченну протяжність у двови- мірах[7,9]. У кожному кільці такого шару розміщуються аніонні групи(OH)-. Над кожним кільцем знаходиться по три атоми магнію або два атоми алюмінію. Вони пере- криваються зверху трьома гідроксильни- ми(OH)-групами (рис. 3) [9]. Таким чином, склад каолініту має бути Al2(OH)4[Si2O5] ∞∞, а серпентину – Mg3(OH)4[Si2O5] ∞∞ (рис. 4). Рис.1. Будова мінералів типу 1:1 Fig. 1. The structure of minerals type 1:1. Рис. 2. Будова мінералів типу 2:1 Fig. 2. The structure of minerals type 2:1. Кожен пакет має нульовий сумарний заряд. Кристал такого мінералу складаєть- ся з десятків і сотень таких елементарних пакетів, зібраних у стоси і утримуваних ван-дер-ваальсовими силами міжмолеку- лярного тяжіння. У тришаровому пакеті мінералів типу (2:1) є два шари тетраедрів[SiO4] 4-, зверне- них один до одного вершинами, між ними – октаедричний алюмокисневий (магній кисневий) шар. Так виводять структури тальку – Mg3(OH)2[Si2O5]2 ∞∞, і пірофіліту – Al2(OH)2[Si2O5]2 ∞∞ (рис. 4). Сумарний заряд пакета – нульовий [9]. Елементарні пакети мінералів типу (2:1) можуть набувати негативного заряду і в цьому випадку вони фактично є великими полімерними аніонами. Їхній заряд вини- кає завдяки частковому ізоморфному за- міщенню в тетраедричному шарі чотири- зарядних катіонів кремнію на тризарядні катіони алюмінію, в деяких випадках і на катіони заліза(III) (Si4+→Al3+(Fe3+)), та в ок- таедричному шарі – тризарядного катіона алюмінію на двозарядний іон магнію або заліза (Al3+→Mg2+(Fe2+)). Ізоморфне замі- щення відбувається в обох типах елемен- тарних шарів, причому для монтморилоні- ту – переважно в середньому октаедрично- му шарі [7, 8]. Рис. 3. Будова тетраедричного шару в шаруватих силікатах Fig. 3. The structure of the tetrahedral layer in layered silicates. 3 Кожен пакет має нульовий сумарний заряд. Кристал такого мінералу складається з десятків і сотень таких елементарних пакетів, зібраних у стоси і утримуваних ван-дер- ваальсовими силами міжмолекулярного тяжіння. У тришаровому пакеті мінералів типу (2:1) є два шари тетраедрів[SiO4]4-, звернених один до одного вершинами, між ними – октаедричний алюмокисневий (магній кисневий) шар. Так виводять структури тальку – Mg3(OH)2[Si2O5]2, і пірофіліту – Al2(OH)2[Si2O5]2 (рис. 4). Сумарний заряд пакета – нульовий [9]. Елементарні пакети мінералів типу (2:1) можуть набувати негативного заряду і в цьому випадку вони фактично є великими полімерними аніонами. Їхній заряд виникає завдяки частковому ізоморфному заміщенню в тетраедричному шарі чотиризарядних катіонів кремнію на тризарядні катіони алюмінію, в деяких випадках і на катіони заліза(III) (Si4+Al3+(Fe3+)), та в октаедричному шарі – тризарядного катіона алюмінію на двозарядний іон магнію або заліза (Al3+Mg2+(Fe2+)). Ізоморфне заміщення відбувається в обох типах елементарних шарів, причому для монтморилоніту – переважно в середньому октаедричному шарі [7, 8]. Рис. 3. Будова тетраедричного шару в шаруватих силікатах Fig. 3. The structure of the tetrahedral layer in layered silicates. Рис. 4. Схеми основних типів шаруватих силікатів Fig. 4. Schemes of the main types of layered silicates. 73https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 Рис. 4. Схеми основних типів шаруватих силікатів Fig. 4. Schemes of the main types of layered silicates. 3 Кожен пакет має нульовий сумарний заряд. Кристал такого мінералу складається з десятків і сотень таких елементарних пакетів, зібраних у стоси і утримуваних ван-дер- ваальсовими силами міжмолекулярного тяжіння. У тришаровому пакеті мінералів типу (2:1) є два шари тетраедрів[SiO4]4-, звернених один до одного вершинами, між ними – октаедричний алюмокисневий (магній кисневий) шар. Так виводять структури тальку – Mg3(OH)2[Si2O5]2, і пірофіліту – Al2(OH)2[Si2O5]2 (рис. 4). Сумарний заряд пакета – нульовий [9]. Елементарні пакети мінералів типу (2:1) можуть набувати негативного заряду і в цьому випадку вони фактично є великими полімерними аніонами. Їхній заряд виникає завдяки частковому ізоморфному заміщенню в тетраедричному шарі чотиризарядних катіонів кремнію на тризарядні катіони алюмінію, в деяких випадках і на катіони заліза(III) (Si4+Al3+(Fe3+)), та в октаедричному шарі – тризарядного катіона алюмінію на двозарядний іон магнію або заліза (Al3+Mg2+(Fe2+)). Ізоморфне заміщення відбувається в обох типах елементарних шарів, причому для монтморилоніту – переважно в середньому октаедричному шарі [7, 8]. Рис. 3. Будова тетраедричного шару в шаруватих силікатах Fig. 3. The structure of the tetrahedral layer in layered silicates. Рис. 4. Схеми основних типів шаруватих силікатів Fig. 4. Schemes of the main types of layered silicates. У ґратках мінералів типу 1:1 ізоморфно- го заміщення практично немає і тому їхній негативний заряд невеликий і зумовлений дисоціацією функціональних груп ≡SiOH і =AlOH, що утворюються на краях, кутах і місцях зламу елементарних пакетів. Негативний заряд елементарних паке- тів компенсується обмінними катіонами (протиіонами), укладеними між ними та частково зануреними в лунки (гексаго- нальні порожнечі шестичленних кілець із [SiO4] 4--тетраедрів), утворених зовнішніми кисневими атомами тетраедричних шарів (рис. 3). Внаслідок слабкого зв'язку між па- кетами в міжпакетний простір проникають молекули розчинника, розсовуючи пакети і сольватуючи обмінні катіони. Тому мінера- ли групи 2:1 здатні до набухання, зумовле- ного збільшенням відстані між елементар- ними пакетами при впровадженні з-поміж них води та інших полярних молекул, аж до повного диспергування на елементарні пакети (Na-форма монтморилоніту), їх лег- ко модифікують кислоти та луги. Мінера- ли групи 1:1 у воді не набухають і обмінні катіони розташовані лише назовні криста- лів [8, 9]. На підставі вищевикладеної будови гли- нистих мінералів можна сказати, що зав- дяки наявності в міжпакетному просторі мінералів протиіонів (обмінних катіо- нів), а також функціональних груп ≡SiOH і =AlOH, що утворюються на краях, ку- тах і в місцях зламу елементарних пакетів, 74 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ шаруваті мінерали повинні легко реагувати з розчинами кислот та лугів з утворенням комбінованих напівпровідних структур, що мають n- та p-тип провідності, який необхідний для появи термоелектричних властивостей. Хімічне модифікування шаруватих алю- мосилікатів. Модифікування шаруватих алюмосилікатів здійснюється шляхом ре- акції твердого алюмосилікату з концентро- ваними водними розчинами гідроксидів металів І та ІІ групи або їхніми силікатами [10]. Часто продукти такої взаємодії нази- вають геополімером, або «неорганічним по- лімером» [11]. Таку назву використовують узагальнено для опису реакції перетворен- ня аморфного алюмосилікату в кристалічні продукти за взаємодії твердого продукту з концентрованими розчинами лугів, або утворення гелієвих систем та композитів, які ще називають «низькотемпературним алюмосилікатним склом»[12], «лужноак- тивованим цементом» [13], «геоцементом» [14], «керамікою на лужному зв’язку» [15], «неорганічним полімерним конкритом» [16] чи «гідрокерамікою» [17]. Незважаючи на цю різноманітність номенклатури, всі ці терміни описують матеріали, які синтезо- вано за схемою, що дозволяє отримувати складну систему зчеплених алюмосилікат- них ланцюгів (рис. 5), яка має певні струк- турні характеристики. Зміна кислотності середовища, розміру часток і домішкових обмінних катіонів у шаруватих алюмосилікатах значно впливає на його кислотно-основні і каталітичні вла- стивості у водних розчинах. Використання водних розчинів підсилює вплив гідролі- тичних процесів на кількість гідроксидних груп у складі мінералу, які відповідають за адсорбційні властивості та створюють можливість окисно-деструктивного ката- лізу за участі мінералу. Також йонообмін- на ємність шаруватих алюмосилікатів за- лежить від ступеня їхньої дисперсності, зі зростанням ступеня дисперсності зростає іонообмінна ємність. Це має велике значен- ня для отримання кислотно-модифікова- них матеріалів (19). Рис. 5. Концептуальна модель отримання системи зчеплених алюмосилікатних ланцю- гів (18) Fig. 5. Conceptual model of obtaining a system of linked aluminosilicate chains (18). 75https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 Модифікування шаруватих алюмосилі- катів фосфорною кислотою. Як зазначало- ся раніше, геополімери можна синтезувати, використовуючи луги як активатори, але їх також можна синтезувати з використанням кислот, таких як фосфорна кислота [20, 21], яка теж здатна утворювати полімери. На- приклад, Le-ping [22] синтезував геополі- мери з використанням метакаоліну, фос- форної кислоти та алюмінієвих порошків, демонструючи, що алюміній допомагає контролювати розмір пор та кількість пор разом з утриманням води у міжшаровому просторі матеріалів. За такою технологією отримано зразки з пористістю від 40 до 83%. Також додавання золи або доменного шла- ку дозволяє уникнути перешкод від інших супутніх сполук, які присутні у природ- них мінералах. Використання фосфорної кислоти дозволяє використовувати високі температури понад 900 ºС для зміни елек- тричних властивостей мінералів [23]. Вони можуть мати нижчі діелектричні втрати, ніж ті, які синтезують із використанням лугів. У разі кислотних геополімерів після термічного оброблення спостерігають зни- ження діелектричної проникності матері- алів та збільшення їхньої провідності [24, 25]. Ці параметри наближені до геополіме- рів, які активовані лугом. Однак за темпе- ратур понад 150 ºC лужнооброблені мате- ріали втрачають свої провідні властивості та стають ізоляторами завдяки втраті води з міжшарового простору [26]. Збільшення масової концентрації води в зразку(зволо- ження) повністю змінює вид спектра імпе- дансу і еквівалентну схему, що відповідає йому. У ній зникає опір зразка, що відпо- відає схемі матеріалів із високими провід- ними властивостями, у 2 рази знижується опір на електроді відносно повітряно-су- хого зразка. Така поведінка досліджува- ного матеріалу дозволила припустити у ньому наявність високорухливих зарядів, утворення яких можливе у разі формуван- ня провідності в результаті спотворення власної структури мінералу за присутності води (рис. 6), що створює високу щільність зарядів на частках мінералу за малої (се- редньої за об'ємом) їхньої концентрації. Це є причиною різкого зниження активного опору матеріалу. Рис. 6. Схема утворення провідності алюмо силікатів за присутності води [26] Fig. 6. Scheme of conductivity formation of alu- minosilicates in the presence of water [26]. Фосфорна кислота впливає на діелек- тричні властивості шаруватих алюмоси- лікатів за іншим механізмом. За відносно низьких температур молекули води зна- ходяться у впорядкованих структурах, що пов’язані з фосфат-іонами[27]. За підви- щення температури відбувається процес релаксації молекул води та її випаровуван- ня. Нарешті, за близько 150 ºC провідність відбувається завдяки залишкам протонів фосфорної кислоти [28]. У роботі [22] було синтезовано гео- полімери з використанням метакаоліну, 76 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ фосфорної кислоти та алюмінієвих поро- шків та доведено, що саме алюміній допо- магає контролювати розмір пор завдяки утриманню молекул води. Таким спосо- бом було синтезовано матеріали з пористі- стю від 40 до 83%. Через рік у роботі [29] повідомили про можливість регулювання діелектричних властивостей геополімерів на основі фосфорної кислоти та порошків Al2O3-SiO2 внесенням золи або доменного шлаку, щоб уникнути перешкод від інших сполук, які присутні при використанні природних мінералів. Такі матеріали ви- явили ще й гарну механічну стійкість, а та- кож зменшення діелектричної проникності за підвищення температури. Пізніше було повідомлено [30], що термічне оброблен- ня модифікованих фосфорною кислотою шаруватих алюмосилікатів за 900 ºC пере- творювала аморфну фазу алюмосилікату у кристалічні фази кварцу табеулініту. За до- сягнення температури 1150 ºC у цій систе- мі утворився кристобаліт, який має п’єзо електричні властивості [23]. Таким чином, використання ортофосфорної кислоти як модифікатора може значно змінити елек- тричні, електрохімічні та термоелектричні властивості шаруватих алюмосилікатів, що робить їх перспективною та дешевою аль- тернативою існуючим термоелектрикам. Для більш детального розуміння природи утворення цих властивостей розглянемо особливості структури алюмосилікатних ланцюгів за присутності води. Структурна характеристика алюмоси- лікатних ланцюгів у гелях та гідрокераміці. В системі зчеплених алюмосилікатних лан- цюгів катіони Si4+ і Al3+ у каркасі алюмоси- лікатних гелів тетраедрично координовані та пов’язані кисневими містками. Нега- тивний заряд групи AlO4 – врівноважений зарядом лужних катіонів (зазвичай Na+ та/ або K+). Також можливим є отримання ма- теріалів, які містять багатовалентні катіони за рахунок використання різних комбінації природної сировини [31–35]. ЯМР- спек- троскопією на ядрах 17 O встановлено, що в таких структурах є чотири AlO4 – і SiO4- групи [36] та деякі кінцеві гідроксильні групи на поверхні [37]. Склад алюмінію в лужних розчинах визначають присутністю Al(OH)4 – (aq) у всіх, крім найбільш концен- трованих алюмінатних розчинів, де спосте- рігають їхню часткову димеризацію [38]. Тому будь-який залишок Al(VI) у спектрах 27Al неорганічних полімерів (рис. 7 b, d) є результатом непрореагованої сировини, а не утворення Al(VI) у складі продуктів ре- акції. Найбільш вивченою сполукою є ме- такаолін. Основна відмінність у координа- ції між алюмінієм метакаоліну та каоліну за присутності домішок золи (карбону) поля- гає в тому, що останні мають вищий вміст Al (IV), ніж метакаолін (рис. 7 в). З підви- щенням швидкості реакції з лугами сигнал стає різкішим, показуючи високий ступінь структурної впорядкованості, подібний до характерного піку тетраедричного алюмі- нію в цеолітах (рис. 7d) [39, 40, 41]. Продук- ти реакції метакаоліну містять переважно Al(IV) (~60 ppm) зі слідовими кількостями Al(VI) (~1 0 ppm) [10]. Метакаолін містить приблизно однакові кількості Al(IV), Al(V) (~30 ppm) та Al(VI) [40] (рис. 2 а). Широ- кі вершини є результатом дуже порушеної геометрії всіх трьох алюмінієвих ділянок. А під час лужної реакції Al(V) і Al(VI) пе- реходять у тетраедричні позиції з лужним катіоном для підтримки електронейтраль- ності [10]. 77https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 Рис. 7. 27Al ЯМР-спектри: (а) метакаолін, (б) Na-геополімер на основі метакаоліну зі співвід- ношенням Si/Al 2.15, (c) метакаолін із летючою золою та (d) Na-геополімер після NaOH активації летючої золи (20 год.) Fig. 7. 27Al MAS-NMR spectra of (a) metakaolin, (b) metakaolinbased Na-geopolymer from metaka- olin with Si/Al ratio of 2.15, (c) metakaolin with fly ash, and (d) Na-geopolymer from NaOH activation of fly ash (20 h). Такий вплив модифікації на ступінь окиснення алюмінію та геометрію матеріа- лу дозволяє припустити можливість зміни їхніх електричних властивостей, а також зміни типу провідності, тобто формування p-n-гетеропереходів. Матеріали на основі шаруватих алюмо- силікатів вважають «рентгеноаморфними» [35, 42, 43] завдяки наявності «нехарактер- ного горбу» з центром близько 27–290 2Θ рентгенівської дифракції (РФА) поро- шку (рис. 8), який можна спостерігати на XRD- дифрактограмах багатьох, переважно аморфних матеріалів, включаючи деякі си- лікатні гелі [44] та алюмосилікатні цеолітні гелі до кристалізації [45]. Подібність цих XRD- дифрактограм пов'язано з характер- ним зв'язком відстані каркасів неорганіч- них оксидів. Однак автори [10, 46, 47, 48] також відзначили утворення фаз, описаних як напівкристалічні або полікристалічні, що виникають у кількох випадках, особли- во там, де мало або зовсім немає розчинно- го кремнію, який міститься в розчині лугу. 78 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ Рис. 8. XRD-дифрактограми (а) типового метакаоліну (з незначними домішками мусковіту), (б) алюмосилікат складу NaAlSiO4 з різним часом синтезу: 1 день (c); 7 днів після синтезу з утво- ренням цеоліту X, (d); алюмосилікат із домішками золи (e); алюмосилікат із домішками золи після витримки 20 годин, 85 oC та (f) 7 днів за 85 oС Fig. 8. XRD-diffractograms of (a) typical metakaolin (with slight muscovite impurity), (b) aluminosi licate NaAlSiO4 obtained after 1 day and (c) 7 days after synthesis with formation zeolite X, (d) alumino silicate with ash admixtures (e), aluminosilicate with ash admixtures at 20 h, 85 oC and (f) 7 days at 85 oC. Застосування гідротермального луж- ного синтезу з використанням каолінової глини, метакаоліну та інших шаруватих алюмосилікатів зі внесенням золи можуть призводити до утворення цеолітів із різ- ними каркасами залежно від умов реакції (температура, лужний катіон, співвідно- шення Si/Al тощо) [49–52]. Високий вміст води дуже впливає на кінцевий продукт ре- акції у висококонцентрованих іонних роз- чинах [53, 54]. Хоча вид силікату і алюмі- нату значною мірою визначають концент рацією лугу та співвідношенням Si/Al у розчині, розведення дозволяє покращити транспорт фази розчину та її реорганізацію [53]. Центри кристалізації в розчині забез- печуються саме алюмосилікатними речо- винами, зріст яких є результатом дифузії молекул розчинених компонентів. За цих умов ріст відбувається без стеричних пере- шкод, що забезпечує утворення повністю кристалічних осадів [55] (рис. 8). Однак наявність взаємодії іонних форм та стерич- них перешкод зі зростанням преципітату призводять до отримання матеріалу, якому бракує далекого впорядкування, тому вони й виглядають аморфними на XRD, як пока- зано на рис. 8. Таким чином, навіть за наяв- ності кристалічних фаз їхня ідентифікація в таких системах є достатньо складним й не завжди вирішальним завданням. То му для прогнозування термоелектричних 79https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 властивостей першою чергою слід врахо- вувати взаємозв’язок ступеня окиснення алюмінію, геометрії матеріалу та його елек- тропровідності. Термоелектричні властивості шарува- тих алюмосилікатів. Останні два деся- тиліття після відкриття термоелектрич- ного ефекту в цементвмісних матеріалах спостерігаємо підвищений інтерес до всіх шаруватих алюмосилікатів [56, 57]. Однак дослідження термоелектричних власти- востей модифікованих алюмосилікатів та композиційних матеріалів на їхній ос- нові почалося тільки нещодавно [56, 57]. У роботах [56, 57] було проаналізовано походження термоелектричного ефекту в цементних пастах, що містять сталеві во- локна. Було визначено існування позитив- ного заряду у об’ємі пасти завдяки форму- ванню p-n-гетеропереходу на межі алю- мосилікатна матриця – волокно. Також було встановлено, що іонний транспорт зумовлений наявністю води, що міститься всередині пор та сприяє появі термоелек- тричного ефекту та формуванню іонної провідності [58, 59]. Додатковим фактором впливу є температура, яка створює умови втрачання води, що зменшує частку іонної провідності та збільшує електронну [59]. В роботі [60] було проаналізовано вплив концентрації лугу та домішок карбону (золи) на реалізацію та значення ефекту Зеєбека в шаруватих алюмосилікатах на основі метакаоліну та портландцементу. Встановлено, що збільшення концентрації лугу підвищило щільність зразків, сприя- ючи формуванню транспорту електронів. Це призвело до отримання більш високих значень термоелектричних коефіцієнтів, ніж у контрольних зразках на основі порт- ландцементу. Також було доведено, що температури затвердіння алюмосилікатів не впливають на значення коефіцієнтів Зеєбека у матеріалах на основі метакао- ліну. Однак вона впливає на термоелек- тричні властивості в матеріалах, що міс- тять карбон. Встановлено, що метакаолін є термоелектриком р-типу з іонною про- відністю, а наявність наповнювачів доз- воляє отримувати позитивно заряджені електронні вакансії (дірки). Завдяки цьо- му було отримано матеріали зі значенням коефіцієнту Зеєбека 1736–2170 мкВ/ºC, що на два порядки перевищує контрольні зразки (2,69 мкВ/ºC)[61] (табл. 1). Такий матеріал може функціонувати як термо- пара або як матеріал, що генерує теплову енергію. Вплив градієнта температури до- сліджено у роботі [62] у зразках на основі цеолітно-зольного покриття зразків порт- ландцементу. При порівнянні цих компо- зитних матеріалів з чистим портландце- ментом встановлено ефект зниження тем- ператури на 4–6 ºC відносно контрольних зразків. Запропоновано механізм форму- вання ефекту зниження тепловіддачі для випадку лужних активаторів (КОН, NaOH і NaSiO3), який полягає в утворенні порож- неч у мікроструктурі та порах матеріалу. Іншими добавками для утворення тер- моелектричних властивостей в шаруватих алюмосилікатах є оксиди металів та карбід кремнію [63, 64]. Цей ефект посилюєть- ся використанням нанорозмірних оксидів металів, особливо ZnO, що мають високу поверхневу щільність енергії електронних станів близько рівня Фермі [63]. Однак у цьому випадку теплопровідність також підвищується, що є чинником зниження ефективності перетворення тепла, який 80 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ залежить безпосередньо від коефіцієнту Зеєбека, але обернено від теплопровідності [64]. Іншим варіантом є нанокарбід крем- нію (SiC), який збільшує ефект Зеєбека у зразках шаруватих алюмосилікатів завдяки появі квантового розмірного ефекту [65]. Таблиця 1 Склад та термоелектричні параметри матеріалів на основі шаруватих алюмосилікатів Table 1 Composition and thermoelectric parameters of materials based on layered aluminosilicates. № Матеріал Склад Коефіцієнт Зеебека µV K-1 Електропровідність См см-1 Посилання на літературу 1 Метакаолін – 1736–2170 (μV/ºC) – [66] 2 ZnO – -85 – [67] 5 MXene на основі молібдену Mo2TiC2Tx -47.3 1380 [68] 6 MXene на основі молібдену Mo2Ti2C3Tx -27.5 614 [68] 7 MXene на основі молібдену Mo2CTx -30.5 1252 [68] 8 CNT глина вуглецеві нанотрубки 37.8 8.06 [69] 9 CNT глина з добавкою трифенілфосфіну – - 0.025 48.1 [69] 10 CNT глина з добавкою тетрацианохіно- диметану – 43.6 58.5 [69] Композиційні термоелектричні матері- али на основі шаруватих алюмосилікатів. Для підвищення напруги, яка виникає за рахунок теплового ефекту в термоелек- триках, пропонують використовувати ком- позиційні матеріали, в яких шаруватий 81https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 алюмосилікат та його модифіковані фор- ми є матрицею, до якої з метою підвищен- ня внутрішньої температури додають ме- талеві наночастинки, графени, карбонові нанотрубки (CNT) та двовимірні карбіди перехідних металів (MXene). Ці матеріали за рахунок накопичення додаткової тепло- ти створюють мікроділянки з напругою по всій поверхні матриці. Такі матеріали з певними добавками і навіть поодинці за певних умов можуть працювати як термо- електрики або п'єзоелектрики. В роботі[70] було зроблено 3-D-модель шаруватого алю- мосилікату з оксидом графену, який змінив його реологічні властивості та створив ме- режу провідності між обома матеріалами. Іншим прикладом є те, що показали Сюй і Чжан [71], які об'єднали графен із шарува- тим алюмосилікатом для створення багато функціонального суперконденсатора, від- криваючи можливість досліджувати поєд- нання між цим матеріалом та струмовими конденсаторами. У роботі [72] було роз- роблено композитний матеріал на основі шаруватого алюмосилікату, вуглецю з біо- маси, перекису водню та пінополістиролу, який діяв як система зберігання енергії. ВИСНОВКИ. У підсумку можна сказати, що термоелектричні властивості матеріа- лів на основі шаруватих алюмосилікатів, навіть коли генерована напруга є відносно малою, може сприяти виробництву енергії у будівлях та навіть у великих будівельних районах. Головним завданням для вирішен- ня цього питання є збільшення напруги, що утворюється за рахунок теплового ефек- ту. У цьому сенсі найбільш перспектив- ним вважають використання кислотного та лужного модифікування природних та штучних мінералів, використання компо- зитів цих модифікатів, що містять металеві наночастинки, карбід кремнію, карбонові сполуки, графен та графеноподібні матері- али, оксиди металів, вбудованих у матрицю алюмосилікату, й може сприяти підвищен- ню внутрішньої температури. Крім цього, такі матеріали відкривають можливість для перетворення різних видів енергії (теп лової, сонячної, механічної) у електрич- ну. Поєднання оксидів металів і графену у складі композиту має потенціал. З точки зору термоелектричних властивостей ви- користання матриці шаруватого алюмоси- лікату в поєднанні з нанорозмірними ме- талами та/квантовими точками може бути чинником, який сприяє посиленню ефекту Зеєбека. Зрештою, ще є проблеми, які по- трібно вирішити це: вплив дисперсія-доба- вок до алюмосилікатної матриці; оптиміза- ція активації вихідних матеріалів за раху- нок внесення таких домішок: зола та мета- каолін; розвиток аналітичних методів для оцінки комбінованих ефектів; теоретичне моделювання та проектування матеріалів, інтеграція з іншими процесами для макси- мального перетворення енергії. Крім цього, є й комерційні аспекти, такі як постачання матеріалів, масштабування виробничого процесу, відтворюваність і стабільна про- дуктивність. Роботу виконано за підтримки НАН України у рамках бюджетної програми 316НТ «Розроблення ма- теріалів і процесів для вилучення цінних і токсичних компонентів із рідин біогенного та техногенного походження». 82 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES Boychuk O. V. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorga nic Chemistry of NAS of Ukraine, 32/34 Aсad. Palladin Avenue, 03142 Kyiv, Ukraine; email: 9spiritlucker9@gmail.com The review analyzes the physical and che mical properties of modified natural and ar- tificial layered aluminosilicates, which form the basis for the emergence of thermoelectric properties in materials based on them. It rep- resented the main methods of modification and analysis of structural and thermoelectric properties of these materials. Chemical modi fication of layered aluminosilicates is carried out by the reaction of solid aluminosilicate with concentrated aqueous solutions of metal hydroxides of groups I and II, their silicates, or phosphoric acid. The products of such inter- action are called geopolymer. This name used to describe the reaction of the transformation of amorphous aluminosilicate into crystalline products during the interaction the solid pro duct with concentrated alkali solutions of me tals from the groups I and II, or the formation of composites and gel systems. The change in particle size, acidity of the media and impu- rity exchangeable cations in layered alumino- silicates significantly affects its acid-base and catalytic properties in aqueous solutions. The use of aqueous solutions increases the effect of hydrolytic processes on the number of hy- droxide groups in the composition of the min- eral, which are responsible for the adsorption properties and create the possibility of oxida- tive-destructive catalysis with the participation of the mineral. The ion-exchange capacity of layered aluminosilicates depends on the de- gree of their dispersion. The increasing degree of the Perdispersion level increases the ion-ex- change capacity of the material. It is also pos- sible to modify layered aluminosilicates with phosphoric acid, which can form polymers. Using phosphoric acid allows high tempera- tures over 900 C to change the electrical prop- erties of minerals. The priority directions for strengthening the properties of heat-to-elec- tricity conversion through the development of composite materials based on layered alu- minosilicates using metal nanoparticles, sili- con carbide, carbon, graphene, graphene-like materials, and metal oxides embedded in the aluminosilicate matrix have been established. Keywords: layered aluminosilicate, mod- ification, composite material, Seebeck coeffi- cient, structure. ЛІТЕРАТУРА 1. Synder G.J. & Toberer E.S. Complex thermo- electric materials. Nature Materials, 2008. 7. P. 105–114. 2. Xie W., Wang S., Zhu S., He J., Tang X., Zhang Q., & Tritt T. M. High performance Bi2Te3 nanocomposites prepared by single-el- ement-melt-spinning spark-plasma sinter- ing. Journal of Materials Science, 2013. 48(7). P. 2745–2760. 3. Hicks L.D. & Dresselhaus M.S. Thermoelectric figure of merit of a one-dimensional conductor. Phys. Rev. B., 1993. 47(24). P. 16631–16634. 4. Venkatasubramanian R., Siivola E., Colpitts T., & O'quinn B. Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit. Nature, 2001. 413(6856). P. 597–602. 83https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 5. Uchida K., Takahashi S., Harii K., Ieda J., Ko- shibae W., Ando K., ... & Saitoh E. Observa- tion of the spin Seebeck effect. Nature, 2008. 455(7214). P. 778–781. 6. Gunawan A., Lin C. H., Buttry D. A., Mujica V., Taylor R. A., Prasher R. S., & Phelan P. E. Liquid thermoelectrics: review of recent and limited new data of thermogalvanic cell expe riments. Nanoscale and microscale thermophy sical engineering, 2013. 17(4). P. 304–323. 7. Годовиков А. А. Минералогия. М.: Недра, 1983. С. 348–393. 8. Кокотов Ю. А. Иониты и ионный обмен. Л.: Химия, 1980. 150 с. 9. Булах А. Г. Минералогия с основами крис таллографии. М.: Недра, 1989. С. 239–252. 10. Davidovits J. Geopolymers: Inorganic Poly- meric New Materials. J. Thermal Anal, 1991. 37. P. 1633–1656. 11. Van Wazer JR. Equilibria and kinetics in in- organic polymerizations. Inorg Macromol Rev., 1970. 1. P. 89. 12. Rahier H., Van Mele B., Biesemans M., Was tiels J., & Wu X. Low-temperature synthesized aluminosilicate glasses. Journal of materials science, 1996. 31(1). P. 71–79. 13. Palomo A., & dela Fuente J.L. Alkali-activated cementitous materials: Alternative matrices for the immobilisation of hazardous wastes: Part I. Stabilisation of boron. Cement and Con- crete Research, 2003. 33(2). P. 281–288. 14. Krivenko P.V. Alkaline cements. In Proceedings of the 1st International Conference on Alkaline Cements and Concretes, Kiev, Ukraine, 1994. 1. P. 11–129. 15. Mallicoat S., Sarin P., Kriven W.M. Novel, Al- kali-Bonded, Ceramic Filtration Membranes. Ceramic Engineering and Science Proceedings, 2005. 26. P. 37–44. 16. Sofi M., Van Deventer J.S.J., Mendis P.A., & Lukey G.C. Bond performance of reinforc- ing bars in inorganic polymer concrete (IPC). Journal of Materials Science, 2007. 42(9). P. 3107–3116. 17. Bao Y., Grutzeck M.W., & Jantzen C.M. Prepa- ration and properties of hydroceramic waste forms made with simulated Hanford low‐ac- tivity waste. Journal of the American Ceramic Society, 2005. 88(12). P. 3287–3302. 18. Duxson P., Fernández-Jiménez A., Provis J.L., Lukey G.C., Palomo A., & van Deventer J.S. Geopolymer technology: the current state of the art. Journal of materials science, 2007. 42(9). P. 2917–2933. 19. Вяткина О. В., Першина Е. Д., & Каздобин К. А. Природа кислотно-основной и ката- литической активности монтмориллонита в водной среде. Украинский химический журнал, 2006. 72(7). С. 19–24. 20. Douiri H., Louati S., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Structural, thermal and dielectric properties of phosphoric acid-based geopo lymers with different amounts of H3PO4. Ma- terials Letters, 2014. 116. P. 9–12. https://doi.org/10.1016/j. matlet.2013.10.075. 21. Louati S., Baklouti S., & Samet B. Geopoly- mers based on phosphoric acid and illito-ka- olinitic clay. Advances in Materials Science and Engineering, 2016. 2016. P. 1–7. https://doi.org/10.1155/ 2016/2359759. 22. Le-Ping L., Xue-Min C., Shu-Heng Q., Jun- Li Y., & Lin Z. Preparation of phosphoric acid- based porous geopolymers. Applied Clay Sci- ence, 2010. 50(4). P. 600–603. https:// doi.org/10.1016/j.clay.2010.10.004. 23. Akimov S.V., Dudnik E.F., Duda V.M., Tom- chakov A.N. Partial ferroelastics. Ferroelec trics, 2004. 307(1). P. 13–18. https://doi.org/10.1080/00150190490498433. 24. Cui X.M., Liu L.P., He Y., Chen J.Y., & Zhou J. A novel aluminosilicate geopolymer material with low dielectric loss. Materials Chemistry and Physics, 2011. 130(1–2). P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.06. 039. 25. Douiri H., Louati S., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Enhanced dielectric performance of metakaolin–H3PO4 geopolymers. Materials 84 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ Letters, 2016. 164. P. 299–302. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.172. 26. Pershina E., Karpushin N., & Kazdobin K. Aluminosilicate conductivity at the presence of water. Surface Engineering and Applied Elec- trochemistry, 2010. 46(4). P. 339–347. 27. Kokhanenko E. V., Kokhanenko V. V., Pershi- na K. D., Karpushin N. A., & Kazdobin K. A. The Red.-Ox. and Conducting Properties of the Natural Aluminosilicate Treated by Phos- phate-Ions. Uchenye Zapiski Tavrichesko- go Nat. Univ. Ser. Biologiyaikhimiya, 2010. 23(621). P. 177–187. 28. Douiri H., Kaddoussi I., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Water molecular dynamics of metakaolin and phosphoric acid-based geo- polymers investigated by impedance spectro scopy and DSC/TGA. Journal of Non-Crystal- line Solids, 2016. 445. P. 95–101. https://doi. org/10.1016/j.jnoncrysol.2016.05.013. 29. Liu L.P., Cui X.M., He Y., & Yu J.L. Study on the dielectric properties of phosphoric acid- based geopolymers. In Materials Science Fo- rum, 2011. 663. P. 538–541. https:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF. 663-665.538. 30. Liu L.P., Cui X.M., He Y., Liu S.D., & Gong S.Y. The phase evolution of phosphoric acid-based geopolymers at elevated temperatures. Materi- als Letters, 2012. 66(1). P. 10–12. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.08.043. 31. Lee W.K.W., & Van Deventer J.S.J. The effect of ionic contaminants on the early-age proper- ties of alkali-activated fly ash-based cements. Cement and Concrete Research, 2002. 32(4). P. 577–584. 32. Alonso S., & Palomo A. Alkaline activation of metakaolin and calcium hydroxide mixtures: influence of temperature, activator concentra- tion and solids ratio. Materials Letters, 2001. 47(1–2). P. 55–62. 33. Yip C.K., Lukey G.C., & Van Deventer J.S. Ef- fect of blast furnace slag addition on micro- structure and properties of metakaolinite geo polymeric materials. Ceramic Transactions, 2004. 153. P. 187–209. 34. Yip C.K., & Van Deventer J.S.J. Microanalysis of calcium silicate hydrate gel formed within a geopolymeric binder. Journal of Materials Sci- ence, 2003. 38(18). P. 3851–3860. 35. Granizo M.L., Alonso S., Blanco‐Varela M.T., & Palomo A. Alkaline activation of metakao- lin: effect of calcium hydroxide in the products of reaction. Journal of the American Ceramic Society, 2002. 85(1). P. 225–231. 36. Shubbar A.A., Sadique M., Kot P., & Atherton W. Future of clay-based construction materi- als–A review. Construction and Building Mate- rials, 2019. 210. P 172–187. 37. Zhang X., Bai C., Qiao Y., Wang X., Jia D., Li H., & Colombo P. Porous geopolymer com- posites: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021. 150. 106629. 38. Swaddle T.W., Salerno J., & Tregloan P.A. Aqueous aluminates, silicates, and alumino silicates. Chemical Society Reviews, 1994. 23(5). P. 319–325. 39. Fernández-Jiménez A., Palomo A., Sobrados I., & Sanz J. The role played by the reactive alu- mina content in the alkaline activation of fly ashes. Microporous and Mesoporous materials, 2006. 91(1–3). P. 111–119. 40. Duxson P., Lukey G.C., Separovic F., & Van Deventer J.S.J. Effect of alkali cations on alu- minum incorporation in geopolymeric gels. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2005. 44(4). P. 832–839. 41. Palomo A., Alonso S., Fernandez Jiménez A., Sobrados I., & Sanz J. Alkaline activation of fly ashes: NMR study of the reaction products. Journal of the American Ceramic Society, 2004. 87(6). P. 1141–1145. 42. Barbosa V. F., MacKenzie K. J., & Thaumatur- go C. Synthesis and characterisation of mate- rials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers. Inter- national journal of inorganic materials, 2000. 2(4). P. 309–317. 85https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 43. Alonso S., & Palomo A. Calorimetric study of alkaline activation of calcium hydroxide–me- takaolin solid mixtures. Cement and Concrete Research, 2001. 31(1). P. 25–30. 44. Brinker C.J., & Scherer G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Pro- cessing Academic Press: London. United King- dom, London. 1990. 980 p. 45. Yang S., Navrotsky A., & Phillips B.L. In situ calorimetric, structural, and compositional study of zeolite synthesis in the system 5.15 Na2O− 1.00 Al2O3− 3.28 SiO2− 165H2O. The Journal of Physical Chemistry B, 2000. 104(25). P. 6071–6080. 46. Rowles M., & O'connor B. Chemical optimisa- tion of the compressive strength of aluminosi licate geopolymers synthesised by sodium sili- cate activation of metakaolinite. Journal of Ma- terials Chemistry, 2003. 13(5). P. 1161–1165. 47. Palomo A., & Glasser F.P. Chemically-bond- ed cementitious materials based on metakao- lin. British ceramic. Transactions and journal, 1992. 91(4). P. 107–112. 48. Van Jaarsveld J.G.S., & Van Deventer J.S.J. The effect of metal contaminants on the formation and properties of waste-based geopolymers. Cement and Concrete Research, 1999. 29(8). P. 1189–1200. 49. Barrer R.M., & Mainwaring D.E. Chemistry of soil minerals. Part XI. Hydrothermal trans- formations of metakaolinite in potassium hy- droxide. Journal of the Chemical Society, Dal- ton Transactions, 1972. 12. P. 1254–1259. 50. Barrer R.M., & Mainwaring D.E. Chemistry of soil minerals. Part XIII. Reactions of metaka- olinite with single and mixed bases. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions, 1972. 22. P. 2534–2546. 51. Barrer R.M. Hydrothermal chemistry of zeo- lites. Academic, London. 1982. 360p. 52. Baerlocher C., Meier W.M., Olson D.H. Atlas of zeolite framework types, 5th revised edi- tion. Elsevier, Amsterdam. 2001. 308 p. 53. Swaddle T.W. Silicate complexes of aluminum (III) in aqueous systems. Coordination Che mistry Reviews, 2001. 219. P. 665–686. 54. Provis J.L., Duxson P., Lukey G.C., Separovic F., Kriven W.M., & Van Deventer J.S. Modeling speciation in highly concentrated alkaline sili- cate solutions. Industrial & engineering chemi stry research, 2005. 44(23). P. 8899–8908. 55. Provis J.L., Lukey G.C., & van Deventer J.S. Do geopolymers actually contain nanocrystalline zeolites? A reexamination of existing results. Chemistry of materials, 2005. 17(12). P. 3075– 3085. 56. Wen S., & Chung, D.D.L. Origin of the thermo- electric behavior of steel fiber cement paste. Cement and concrete research, 2002. 32(5). P. 821–823. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00754-2. 57. Wen S., & Chung D.D.L. Effect of fiber con- tent on the thermoelectric behavior of cement. Journal of materials science, 2004. 39(13). P. 4103–4106. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000033389. 83459.8f. 58. Sun M., Li Z., & Song X. Piezoelectric effect of hardened cement paste. Cement and Concrete Composites, 2004. 26(6). P. 717–720. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(03)00104-5. 59. Cao J., & Chung D.D.L. Role of moisture in the Seebeck effect in cement-based materials. Cement and concrete research, 2005. 35(4). P. 810–812. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.05.036. 60. Cai J., Tan J., & Li X. Thermoelectric behaviors of fly ash and metakaolin based geopolymer. Construction and Building Materials, 2020. 237. P. 117757. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019. 117757. 61. Li J., Tay B.W. Y., Lei J., & Yang E.H. Experi- mental investigation of Seebeck effect in me- takaolin-based geopolymer. Construction and Building Materials, 2021. 272. P. 121615. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020. 121615. 86 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ 62. Anshul A., Moinuddin A.A., Azad A.M., Khera P., Dehariya K., Bherwani H., .. & Ku- mar S. Morphologically designed micro po- rous zeolite-geopolymers as cool coating ma- terials. Journal of Hazardous Materials, 2020. 398. P. 123022. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2020.123022. 63. Ji T., Zhang X., & Li W. Enhanced thermo electric effect of cement composite by addition of metallic oxide nanopowders for energy har- vesting in buildings. Construction and Build- ing Materials, 2016. 115. P. 576–581. https:// doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2016.04.035. 64. Lan Y., Minnich A.J., Chen G., & Ren Z. En- hancement of thermoelectric figure‐of‐merit by a bulk nanostructuring approach. Advanced Functional Materials, 2010. 20(3). P. 357–376. https://doi.org/10.1002/adfm.v20:310.1002/ adfm.200901512. 65. Cai J., & Li X. Thermoelectric properties of geopolymers with the addition of nano-silicon carbide (SiC) powder. Ceramics International, 2021. 47(14). P. 19752–19759. https:// doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.313. 66. Díaz E.E.S., & Barrios V.A.E. Development and use of geopolymers for energy conversion: An overview. Construction and Building Mate- rials, 2022. 315. P. 125774. 67. Aw Y.Y., Yeoh C.K., Idris M.A., Teh P.L., Hamzah K.A., & Sazali S.A. Effect of printing parameters on tensile, dynamic mechanical, and thermoelectric properties of FDM 3D printed CABS/ZnO composites. Materials, 2018. 11(4). P. 466. 68. Kim H., Anasori B., Gogotsi Y., & Alshareef H.N. Thermoelectric properties of two-dimen- sional molybdenum-based MXenes. Chemis- try of Materials, 2017. 29(15): P. 6472–6479. 69. Kim M.H., Cho C.H., Kim J.S., Nam T.U., Kim W.S., Lee T. I., & Oh J.Y.. Thermoelectric ener gy harvesting electronic skin (e-skin) Patch with reconfigurable carbon nanotube clays. Nano Energy, 2021. 87. P. 106156. 70. Xia M., & Sanjayan J. Method of formulating geopolymer for 3D printing for construction applications. Materials & Design, 2016. 110. P. 382–390. 71. Xu J., & Zhang D. Multifunctional structural supercapacitor based on graphene and geopo lymer. Electrochimica Acta, 2017. 224. P. 105– 112. https://doi.org/10.1016/j. electacta.2016.12.045. 72. Liu F., Zhao B., Wu W., Yang H., Ning Y., Lai Y., & Bradley R. Low cost, robust, en- vironmentally friendly geopolymer–meso- porous carbon composites for efficient solar powered steam generation. Advanced Func- tional Materials, 2018. 28(47). P. 1803266. https://doi.org/10.1002/adfm.v28.4710.1002/ adfm.201803266. REFERENCES 1. Synder G.J. & Toberer E.S. Complex ther- moelectric materials. NatureMaterials. 2008. 7:105–114. 2. Xie W., Wang S., Zhu S., He J., Tang X., Zhang Q., & Tritt T. M. High performance Bi2Te3 nanocomposites prepared by single- element-melt-spinning spark-plasma sinter- ing. Journal of Materials Science. 2013. 48(7): 2745–2760. 3. Hicks L.D. & Dresselhaus M.S. Thermoelectric figure of merit of a one-dimensional conduc- tor. Phys. Rev. B. 1993. 47(24): 16631–16634. 4. Venkatasubramanian R., Siivola E., Colpitts T., & O'quinn B. Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit. Nature. 2001. 413(6856): 597–602. 5. Uchida K., Takahashi S., Harii K., Ieda J., Ko- shibae W., Ando K., ... & Saitoh E. Observa- tion of the spin Seebeck effect. Nature. 2008. 455(7214): 778–781. 6. Gunawan A., Lin C. H., Buttry D. A., Mujica V., Taylor R. A., Prasher R. S., & Phelan P. E. Liquid thermoelectrics: review of recent and limited new data of thermogalvanic cell expe riments. Nanoscale and microscale thermo- physical engineering. 2013. 17(4): 304–323. 87https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 7. Godovikov A.A. Mineralogiya. M.: Nedra, 1983. 348–393 pp. 8. Kokotov YU.A. Ionity i ionnyj obmen. L.: Himiya, 1980. 150 p. 9. Bulah A.G. Mineralogiya s osnovami kristallo- grafii. M.: Nedra, 1989. 239–252 pp. 10. Davidovits J. Geopolymers: Inorganic Poly- meric New Materials. J. Thermal Anal. 1991. 37: 1633–1656. 11. Van Wazer JR. Equilibria and kinetics in in- organic polymerizations. Inorg Macromol Rev. 1970. 1: 89. 12. Rahier H., Van Mele B., Biesemans M., Was tiels J., & Wu X. Low-temperature synthesized aluminosilicate glasses. Journal of materials science. 1996. 31(1): 71–79. 13. Palomo A., & dela Fuente J.L. Alkali-activat- ed cementitous materials: Alternative matrices for the immobilisation of hazardous wastes: Part I. Stabilisation of boron. Cement and Con- crete Research. 2003. 33(2): 281–288. 14. Krivenko P.V. Alkaline cements. In Proceedings of the 1st International Conference on Alkaline Cements and Concretes, Kiev, Ukraine. 1994. 1: 11–129. 15. Mallicoat S., Sarin P., Kriven W.M. Novel, Al- kali-Bonded, Ceramic Filtration Membranes. Ceramic Engineering and Science Proceedings. 2005. 26: 37–44. 16. Sofi M., Van Deventer J.S.J., Mendis P.A., & Lukey G.C. Bond performance of reinforc- ing bars in inorganic polymer concrete (IPC). Journal of Materials Science. (2007). 42(9): 3107–3116. 17. Bao Y., Grutzeck M.W., & Jantzen C.M. Prepa- ration and properties of hydroceramic waste forms made with simulated Hanford low‐ac- tivity waste. Journal of the American Ceramic Society. 2005. 88(12): 3287–3302. 18. Duxson P., Fernández-Jiménez A., Provis J.L., Lukey G.C., Palomo A., & van Deventer J.S. Geopolymer technology: the current state of the art. Journal of materials science. 2007. 42(9): 2917–2933. 19. Vyatkina O.V., Pershina E.D., & Kazdobin K.A. Priroda kislotno-osnovnoj i katalitiche skoj aktivnosti montmorillonita v vodnoj sre- de. Ukrainskij himicheskij zhurnal. 2006. 72(7): 19–24. 20. Douiri H., Louati S., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Structural, thermal and dielec- tric properties of phosphoric acid-based ge- opolymers with different amounts of H3PO4. Materials Letters. 2014. 116: 9–12. https://doi. org/10.1016/j. matlet.2013.10.075. 21. Louati S., Baklouti S., & Samet B. Geopoly- mers based on phosphoric acid and illito-ka- olinitic clay. Advances in Materials Science and Engineering. 2016. 2016: 1–7. https://doi. org/10.1155/ 2016/2359759. 22. Le-Ping L., Xue-Min C., Shu-Heng Q., Jun- Li Y., & Lin Z. Preparation of phosphoric ac- id-based porous geopolymers. Applied Clay Science. 2010. 50(4): 600–603. https:// doi.org/10.1016/j.clay.2010.10.004. 23. Akimov S.V., Dudnik E.F., Duda V.M., Tom- chakov A.N. Partial ferroelastics. Ferroelec- trics. 2004. 307(1): 13–18. https://doi.org/10.1080/00150190490498433. 24. Cui X.M., Liu L.P., He Y., Chen J.Y., & Zhou J. A novel aluminosilicate geopolymer material with low dielectric loss. Materials Chemistry and Physics. 2011. 130(1–2): 1–4. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.06. 039. 25. Douiri H., Louati S., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Enhanced dielectric performance of metakaolin–H3PO4 geopolymers. Materi- als Letters. 2016. 164: 299–302. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.172. 26. Pershina E., Karpushin N., & Kazdobin K. Aluminosilicate conductivity at the presence of water. Surface Engineering and Applied Elec- trochemistry. 2010. 46(4): 339–347. 27. Kokhanenko E. V., Kokhanenko V. V., Pershi- na K. D., Karpushin N. A., & Kazdobin K. A. The Red.-Ox. and Conducting Properties of the Natural Aluminosilicate Treated by Phos- 88 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ phate-Ions. Uchenye Zapiski Tavrichesko- go Nat. Univ. Ser. Biologiyaikhimiya. 2010. 23(621): 177–187. 28. Douiri H., Kaddoussi I., Baklouti S., Arous M., & Fakhfakh Z. Water molecular dynamics of metakaolin and phosphoric acid-based geo- polymers investigated by impedance spectros- copy and DSC/TGA. Journal of Non-Crystal- line Solids. 2016. 445: 95–101. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2016.05.013. 29. Liu L.P., Cui X.M., He Y., & Yu J.L. Study on the dielectric properties of phosphoric ac- id-based geopolymers. In Materials Science Forum. 2011. 663: 538–541. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF. 663-665.538. 30. Liu L.P., Cui X.M., He Y., Liu S.D., & Gong S.Y. The phase evolution of phosphoric acid-based geopolymers at elevated temperatures. Materi- als Letters. 2012. 66(1): 10–12. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.08.043. 31. Lee W.K.W., & Van Deventer J.S.J. The effect of ionic contaminants on the early-age proper- ties of alkali-activated fly ash-based cements. Cement and Concrete Research. 2002. 32(4): 577–584. 32. Alonso S., & Palomo A. Alkaline activation of metakaolin and calcium hydroxide mixtures: influence of temperature, activator concentra- tion and solids ratio. Materials Letters.. 2001. 47(1–2): 55–62. 33. Yip C.K., Lukey G.C., & Van Deventer J.S. Ef- fect of blast furnace slag addition on micro- structure and properties of metakaolinite ge- opolymeric materials. Ceramic Transactions. 2004. 153: 187–209. 34. Yip C.K., & Van Deventer J.S.J. Microanalysis of calcium silicate hydrate gel formed within a geopolymeric binder. Journal of Materials Sci- ence. 2003. 38(18): 3851–3860. 35. Granizo M.L., Alonso S., Blanco‐Varela M.T., & Palomo A. Alkaline activation of metakao- lin: effect of calcium hydroxide in the products of reaction. Journal of the American Ceramic Society. 2002. 85(1): 225–231. 36. Shubbar A.A., Sadique M., Kot P., & Atherton W. Future of clay-based construction materi- als–A review. Construction and Building Mate- rials. 2019. 210: 172–187. 37. Zhang X., Bai C., Qiao Y., Wang X., Jia D., Li H., & Colombo P. Porous geopolymer com- posites: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. 150: 106629. 38. Swaddle T.W., Salerno J., & Tregloan P.A. Aque- ous aluminates, silicates, and aluminosilicates. Chemical Society Reviews. 1994. 23(5): 319–325. 39. Fernández-Jiménez A., Palomo A., Sobra- dos I., & Sanz J. The role played by the reactive alumina content in the alkaline activation of fly ashes. Microporous and Mesoporous materi- als. 2006. 91(1–3): 111–119. 40. Duxson P., Lukey G.C., Separovic F., & Van Deventer J.S.J. Effect of alkali cations on alu- minum incorporation in geopolymeric gels. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2005. 44(4): 832–839. 41. Palomo A., Alonso S., Fernandez‐Jiménez A., Sobrados I., & Sanz J. Alkaline activation of fly ashes: NMR study of the reaction products. Journal of the American Ceramic Society. 2004. 87(6): 1141–1145. 42. Barbosa V. F., MacKenzie K. J., & Thaumatur- go C. Synthesis and characterisation of mate- rials based on inorganic polymers of alumina and silica: sodium polysialate polymers. Inter- national journal of inorganic materials. 2000. 2(4): 309–317. 43. Alonso S., & Palomo A. Calorimetric study of alkaline activation of calcium hydroxide–me- takaolin solid mixtures. Cement and Concrete Research. 2001. 31(1): 25–30. 44. Brinker C.J., & Scherer G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Pro- cessing Academic Press: London. United King- dom. London. 1990. 980 p. 45. Yang S., Navrotsky A., & Phillips B.L. In situ calorimetric, structural, and compositional study of zeolite synthesis in the system 5.15 89https://ucj.org.ua О. В. Бойчук УХЖ № 10/ ТОМ 88 Na2O− 1.00 Al2O3− 3.28 SiO2− 165H2O. The Journal of Physical Chemistry B. 2000. 104(25): 6071–6080. 46. Rowles M., & O'connor B. Chemical optimi- sation of the compressive strength of alumi- nosilicate geopolymers synthesised by sodium silicate activation of metakaolinite. Journal of Materials Chemistry. 2003. 13(5): 1161–1165. 47. Palomo A., & Glasser F.P. Chemically-bond- ed cementitious materials based on metakao- lin. British ceramic. Transactions and journal. 1992. 91(4): 107–112. 48. Van Jaarsveld J.G.S., & Van Deventer J.S.J. The effect of metal contaminants on the formation and properties of waste-based geopolymers. Cement and Concrete Research. 1999. 29(8): 1189–1200. 49. Barrer R.M., & Mainwaring D.E. Chemistry of soil minerals. Part XI. Hydrothermal trans- formations of metakaolinite in potassium hyd roxide. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. 1972. 12: 1254–1259. 50. Barrer R.M., & Mainwaring D.E. Chemistry of soil minerals. Part XIII. Reactions of metakao linite with single and mixed bases. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. 1972. 22: 2534–2546. 51. Barrer R.M. Hydrothermal chemistry of zeo- lites. Academic, London. 1982. 360p. 52. Baerlocher C., Meier W.M., Olson D.H. Atlas of zeolite framework types, 5th revised edi- tion. Elsevier, Amsterdam. 2001. 308 p. 53. Swaddle T.W. Silicate complexes of aluminum (III) in aqueous systems. Coordination Chem- istry Reviews. 2001. 219: 665–686. 54. Provis J.L., Duxson P., Lukey G.C., Separovic F., Kriven W.M., & Van Deventer J.S. Mode- ling speciation in highly concentrated alka- line silicate solutions. Industrial & engineering chemistry research. 2005. 44(23): 8899–8908. 55. Provis J.L., Lukey G.C., & van Deventer J.S. Do geopolymers actually contain nanocrystalline zeolites? A reexamination of existing results. Chemistry of materials. 2005. 17(12): 3075–3085. 56 Wen S., & Chung D.D.L. Origin of the thermo- electric behavior of steel fiber cement paste. Cement and concrete research. 2002. 32(5): 821–823. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00754-2. 57. Wen S., & Chung D.D.L. Effect of fiber con- tent on the thermoelectric behavior of cement. Journal of materials science. 2004. 39(13): 4103–4106. https://doi.org/10.1023/B: JMSC.0000033389. 83459.8f. 58. Sun M., Li Z., & Song X. Piezoelectric effect of hardened cement paste. Cement and Concrete Composites. 2004. 26(6): 717–720. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(03)00104-5. 59. Cao J., & Chung D.D.L. Role of moisture in the Seebeck effect in cement-based materials. Ce- ment and concrete research. 2005. 35(4): 810–812. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.05. 036. 60. Cai J., Tan J., & Li X. Thermoelectric behaviors of fly ash and metakaolin based geopolymer. Construction and Building Materials. 2020. 237: 117757. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019. 117757. 61. Li J., Tay B.W. Y., Lei J., & Yang E.H. Experi- mental investigation of Seebeck effect in me- takaolin-based geopolymer. Construction and Building Materials. 2021. 272: 121615. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020. 121615. 62. Anshul A., Moinuddin A.A., Azad A.M., Khera P., Dehariya K., Bherwani H., ... & Ku- mar S. Morphologically designed micro po- rous zeolite-geopolymers as cool coating ma- terials. Journal of Hazardous Materials. 2020. 398: 123022. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123022. 63. Ji T., Zhang X., & Li W. Enhanced thermoe- lectric effect of cement composite by addition of metallic oxide nanopowders for energy har- vesting in buildings. Construction and Build- ing Materials. 2016. 115: 576–581. 90 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022 ПРИРОДА ТА УМОВИ ФОРМУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ В ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ШАРУВАТИХ АЛЮМОСИЛІКАТАХФІЗИЧНА ХІМІЯ https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.04. 035. 64. Lan Y., Minnich A.J., Chen G., & Ren Z. En- hancement of thermoelectric figure‐of‐merit by a bulk nanostructuring approach. Advanced Functional Materials. 2010. 20(3): 357–376. https://doi.org/10.1002/adfm.v20:310.1002/ adfm.200901512. 65. Cai J., & Li X. Thermoelectric properties of geopolymers with the addition of nano-silicon carbide (SiC) powder. Ceramics International. 2021. 47(14): 19752–19759. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.313. 66. Díaz E.E.S., & Barrios V.A.E. Development and use of geopolymers for energy conversion: An overview. Construction and Building Mate- rials. 2022. 315: 125774. 67. Aw Y.Y., Yeoh C.K., Idris M.A., Teh P.L., Hamzah K.A., & Sazali S.A. Effect of printing parameters on tensile, dynamic mechanical, and thermoelectric properties of FDM 3D printed CABS/ZnO composites. Materials. 2018. 11(4): 466. 68. Kim H., Anasori B., Gogotsi Y., & Alshareef H.N. Thermoelectric properties of two-dimen- sional molybdenum-based MXenes. Chemis- try of Materials. 2017. 29(15): 6472–6479. 69. Kim M.H., Cho C.H., Kim J.S., Nam T.U., Kim W.S., Lee T. I., & Oh J.Y.. Thermoelectric en- ergy harvesting electronic skin (e-skin) Patch with reconfigurable carbon nanotube clays. Nano Energy. 2021. 87: 106156. 70. Xia M., & Sanjayan J. Method of formulating geopolymer for 3D printing for construction applications. Materials & Design. 2016. 110: 382–390. 71. Xu J., & Zhang D. Multifunctional structural supercapacitor based on graphene and geopo lymer. Electrochimica Acta. 2017. 224: 105– 112. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.12.045. 72. Liu F., Zhao B., Wu W., Yang H., Ning Y., Lai Y., & Bradley R. Low cost, robust, en- vironmentally friendly geopolymer–meso- porous carbon composites for efficient so- lar powered steam generation. Advanced Functional Materials. 2018. 28(47): 1803266. https://doi.org/10.1002/adfm.v28.4710.1002/ adfm.201803266. Стаття надійшла 05.11.2022.
id	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-486
institution	Ukrainian Chemistry Journal
keywords_txt_mv	keywords
language	English
last_indexed	2026-07-23T01:08:53Z
publishDate	2022
publisher	V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
record_format	ojs
resource_txt_mv	ucjorgua/10/2a45829c7acb789d4c5275aa1b5c1f10.pdf
spelling	oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-4862026-07-22T08:23:50Z THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES Boychuk, Oleksandr layered aluminosilicate, modification, composite material, Seebeck coefficient, structure The review analyzes the physical and chemical properties of modified natural and artificial layered aluminosilicates, which form the basis for the emergence of thermoelectric properties in materials based on them. It represented the main methods of modification and analysis of structural and thermoelectric properties of these materials. Chemical modification of layered aluminosilicates is carried out by the reaction of solid aluminosilicate with concentrated aqueous solutions of metal hydroxides of groups I and II, their silicates, or phosphoric acid. The products of such interaction are called geopolymer. This name used to describe the reaction of the transformation of amorphous aluminosilicate into crystalline products during the interaction the solid product with concentrated alkali solutions of metals from the groups I and II, or the formation of composites and gel systems. The change in particle size, acidity of the media and impurity exchangeable cations in layered aluminosilicates significantly affects its acid-base and catalytic properties in aqueous solutions. The use of aqueous solutions increases the effect of hydrolytic processes on the number of hydroxide groups in the composition of the mineral, which are responsible for the adsorption properties and create the possibility of oxidative-destructive catalysis with the participation of the mineral. The ion-exchange capacity of layered aluminosilicates depends on the degree of their dispersion. The increasing degree of the Perdispersion level increases the ion-exchange capacity of the material. It is also possible to modify layered aluminosilicates with phosphoric acid, which can form polymers. Using phosphoric acid allows high temperatures over 900 C to change the electrical properties of minerals. The priority directions for strengthening the properties of heat-to-electricity conversion through the development of composite materials based on layered aluminosilicates using metal nanoparticles, silicon carbide, carbon, graphene, graphene-like materials, and metal oxides embedded in the aluminosilicate matrix have been established. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022-11-25 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/486 10.33609/2708-129X.88.10.2022.70-90 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 10 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 70-90 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 10 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 70-90 Український хімічний журнал; Том 88 № 10 (2022): Український хімічний журнал; 70-90 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/486/250 Copyright (c) 2022 Oleksandr Boychuk https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
spellingShingle	Boychuk, Oleksandr THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title	THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title_full	THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title_fullStr	THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title_full_unstemmed	THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title_short	THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES
title_sort	nature and conditions of formation of thermoelectric properties in natural and artificial layered alumosilicates
topic_facet	layered aluminosilicate modification composite material Seebeck coefficient structure
url	https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/486
work_keys_str_mv	AT boychukoleksandr thenatureandconditionsofformationofthermoelectricpropertiesinnaturalandartificiallayeredalumosilicates AT boychukoleksandr natureandconditionsofformationofthermoelectricpropertiesinnaturalandartificiallayeredalumosilicates

THE NATURE AND CONDITIONS OF FORMATION OF THERMOELECTRIC PROPERTIES IN NATURAL AND ARTIFICIAL LAYERED ALUMOSILICATES

Institution

Similar Items