Synthesis and investigation of properties of organo-inorganic derivates based on layered perovskite-like titanates

Abstract

Разнообразие форм и состава слоистых перовскитоподобных оксидов, а также возможность модификации структуры и состава путем допирования и проведения топохимических реакций обуславливают большой интерес к этой группе соединений. Благодаря различным физико-химическим свойствам, таким как сверхпроводимость, ферромагнетизм, ионная проводимость и каталитическая активность перовскиты находят применения как оптические, магниторезистивные и фотолюминесцентные материалы, а также фотокатализаторы. Важной особенностью слоистых перовскитоподобных оксидов является возможность проведения топохимических превращений с участием межслоевых катионов. Ярким примером таких реакций является так называемое протонирование, то есть замещение межслоевых катионов на протоны. В свою очередь полученные протонированные формы могут вступать в реакции ионного обмена и интеркаляции молекул воды и органических оснований. Протонированные формы и органо-неорганические интеркаляты представляют большой интерес, как объекты для получения наночастиц и органо-неорганических гибридных материалов путем их расщепления на монослои и графтинга – ковалентного связывания органических молекул с неорганичесой матрицей. В зависимости от состава неоганической матрицы исходного оксида и привитых органических молекул, такие расщепленные частицы могут обладать люминесцентными, повышенными каталитическими и фотокаталитическими свойствами, а также использоваться для послойного нанесения пленок с контролируемыми параметрами (толщина, состав, свойства). В зависимости от выбранного метода синтеза можно получать частицы с разной морфологией и размером, что также может быть полезным при дальнейшем расщеплении и получении суспензии наночастиц с заданными параметрами. Целями данной работы являлись: разработка новых методов синтеза слоистого перовскитоподобного титаната К2.5Bi2.5Ti4O13, изучение возможности интеркаляции молекул аминоспиртов в межслоевое пространство его протонированной формы, а также разработка методики определения концентрации суспензий его расщепленной на нанослои формы.

The variety of forms and composition of layered perovskite-like oxides, as well as the possibility of modifying the structure and composition by doping and conducting topochemical reactions, cause great interest in this group of compounds. Due to various physical and chemical properties, such as superconductivity, ferromagnetism, ionic conductivity, and catalytic activity, perovskites are used as optical, magnetoresistive, and photoluminescent materials, as well as photocatalysts. An important feature of layered perovskite-like oxides is the possibility of topochemical transformations involving interlayer cations. An example of such reactions is the so-called protonation, that is, the substitution of interlayer cations for protons.the radiated protonated forms can enter into ion exchange reactions and intercalation of water molecules and organic bases. Protonated forms and organo-inorganic intercalates are of great interest as objects for the production of nanoparticles and organo-inorganic hybrid materials by exfoliating them into monolayers and grafting-covalent binding of organic molecules to an inorganic matrix. Depending on the composition of the neoganic matrix of the initial oxide and the grafted organic molecules, such split particles can have luminescent, enhanced catalytic and photocatalytic properties, as well as be used for layer-by-layer deposition of films with controlled parameters (thickness, composition, properties). Depending on the chosen synthesis method, it is possible to obtain particles with different morphology and size, which can also be useful for further splitting and obtaining a suspension of nanoparticles with specified parameters. The objectives of this work were: to develop new methods for the synthesis of layered perovskite-like titanate K2.5Bi2. 5Ti4O13, to study the possibility of intercalation of amino alcohol molecules into the interlayer space of its protonated form, and to develop a method for determining the concentration of suspensions of its form split into nanolayers.