Апатитские и московские химики впервые осуществили плазменный синтез кобальтовых соединений, сообщают в Министерстве науки и высшего образования РФ. Успешные итоги эксперимента указывают на потенциал плазмохимических подходов к созданию оксидных систем со сложной архитектурой и заданными характеристиками.
«Исследователи из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра РАН и Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН из Москвы впервые в мировой практике осуществили эксперимент по применению низкотемпературной плазмы для обработки двойной комплексной соли состава [Co (NH3)6][Fe (CN)6]», — сообщили в Минобрнауки.
Этот прекурсор — гексацианокобальтат (III) гексаамминжелеза (II) — представляет интерес для ученых благодаря равномерному распределению атомов кобальта и железа, что критически важно для синтеза биметаллических оксидных материалов, где элементы должны находиться в строго определенных пропорциях. Ученые, проводившие эксперимент, стремились выяснить, как плазменное воздействие изменяет процесс разложения соли и влияет на образование феррита кобальта — оксида кобальта и железа (CoFe2O4).
«Двойные комплексные соли известны тем, что при нагревании они разлагаются с удалением лигандов, а металлосодержащий остаток преобразуется в оксидное или смешанное соединение. Однако классический термолиз часто требует высоких температур и длительного времени, а также не всегда приводит к образованию однородной фазы. Плазма может инициировать разрушение координационных связей без значительного нагрева основной массы вещества», — объяснили в Минобрнауки.
Ход эксперимента
В процессе эксперимента исследователи использовали барьерный разряд — метод для создания низкотемпературной плазмы. При мощности 100 Вт наблюдалось полное исчезновение цвета исходной соли, однако для завершения процесса потребовалось два цикла по десять минут с промежуточным перемешиванием. Плазма инициировала экзотермическое разложение прекурсора примерно при 230 градусах Цельсия, после чего температура стабилизировалась на уровне около 125 градусов. Это подтвердило, что плазма запускает химическую реакцию, но после завершения активной стадии процесс перестает интенсивно выделять тепло, и полная оксидная структура не формируется.
Затем ученые нагрели обработанный образец при температурах от 300 до 1 000 градусов Цельсия. Полная однофазная структура феррита кобальта образовывалась при температурах 900 и 1 000 градусов.
«Исследование показывает, что сочетание плазменной обработки и последующего термолиза позволяет получать однофазную шпинель CoFe2O4 с контролируемой структурой при более мягких условиях, чем при классических методах промышленного и лабораторного синтеза. Ученые демонстрируют, что плазма значительно снижает содержание органических фаз в исходном прекурсоре, ускоряет разрушение координационных связей и создает предпосылки для более точного и энергоэффективного синтеза оксидов», — подчеркнули в Минобрнауки.
Полученные результаты открывают новые возможности для применения комплексных солей в качестве предшественников функциональных материалов и подтверждают перспективность плазмохимических методов в создании оксидных систем со сложной структурой и заданными свойствами.
Фото: hi-tech.mail.ru