Formation of multifunctional perovskite-like layered oxide materials using precursors based on coordinated nitrates of alkali and rare-earth metals = Формування багатофункціональних перовскітоподібних шаруватих оксидних матеріалів з використанням прекурсорів на основі координованих нітратів лужних і рідкісноземельних металів

Abstract

The results of the research summarize important information about alkaline coordination nitrates of rare earth elements of the cerium subgroup. They are used as precursors for promising modern multifunctional materials. Using a complex of physicochemical methods, the conditions of their formation and existence, the nature of chemical bonding, composition, structure, coordination polyhedra Ln, and ligand coordination type have been elucidated. The existence of a few isotypic series has been revealed based on the stoichiometry of the composition, structure, and characteristic properties. The obtained primary information is the basis for detecting, identifying, and controlling the phase state of processing objects in preparatory stages. It is important at the stages of forming transformational technological schemes, selecting criteria for the compatibility of constituent ingredients, and clarifying the stages and conditions for their implementation. The range of innovative applications includes the formation of monolayer and layered nanostructured oxide compositions of lanthanides and transition elements with catalytic and photocatalytic activity, as well as self-cleaning coatings with hydrophilic properties. The proposed methods include various combined activation of the processes under study and controlled changes in the properties of the resulting target products. The established technological-functional dependencies were assessed. To enhance the photocatalytic activity of coatings based on highly dispersed anatase TiO2, a technique has been proposed for the chemical modification of oxidation centers in their surface layer, which involves heat treatment in contact with the melt of alkaline coordination lanthanide nitrates. An effective photocatalytic decomposition of organic substrate vapors is shown using ethanol as an example.

Наведені в статті результати досліджень дають змогу узагальнити важливі для практичного використання відомості про лужні координаційні нітрати рідкісноземельних елементів церієвої підгрупи. Вони використовуються як прекурсори перспективних сучасних багатофункціональних матеріалів. З застосуванням комплексу фізико-хімічних методів з′ясовані дані щодо умов їх утворення й існування, природи хімічного зв’язку, складу, будови, форми координаційних поліедрів Ln, типу координації ліганд. Виявлено існування їх ізотипних рядів по стехіометрії складу, структурі та проявляємих характерних властивостей. Одержані відомості (як первинна інформація) є основою для виявлення, ідентифікації, контролю фазового стану об’єктів перероблення у підготовчих стадіях. Особливу цінність вона представляє на етапах формування технологічних схем перетворень, при виборі критеріїв сумісності складових компонентів, з′ясуванні стадійності й умов їх проведення. Низка інноваційних застосувань включає формування одношарових і шаруватих наноструктурованих оксидних композиційних систем лантаноїдів і перехідних елементів широкого призначення з каталітичною і фотокаталітичною активністю, покриттів здатних самоочищатися з гідрофільними властивостями. Запропоновано способи розроблення різних комбінованих методів активації таких досліджуваних процесів та керованого модифікування властивостей одержуваних цільових продуктів. Проведено оцінювання встановлених технологічно-функціональних залежностей. Для підвищення фотокаталітичної активності зразків покриттів на основі високодисперсного TiO2 анатазної модифікації запропонована методологія хімічного модифікування центрів окиснення у їхньому поверхневому шарі з термообробленням у контакті з продуктами термолізу розплавів лужних координаційних нітратів лантаноїдів. Виявлена ефективна тестова фотокаталітична деструкція парів органічних субстратів на прикладі етанолу.