Details

Данная работа посвящена исследованию фазообразования в системах Mg–Ge–Si и Ni–Ge–Si в низкотемпературной области. Цель работы: создание физико-химических основ получения гидрогерманатных наночастиц со структурой, подобной хризотилу, для дальнейшей разработки низкотемпературного синтеза интерметаллических катализаторов на структурированной подложке. Методология. Синтез образцов выполнен гидротермальным методом при температурах 100, 150 и 200 °С в двух средах — дистиллированной воде и 0,1 М растворе NaOH. Молярное содержание германия варьировалось от 0 до 1 с шагом 0,1. Состав и морфологию продуктов исследовали методами рентгено-спектрального микроанализа (СЭМ), порошковой рентгеновской дифрактометрии (ПРД) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Результаты. Введение германия способствует переходу от тубулярной морфологии к пластинчатой и формированию упорядоченной структуры даже при низких температурах. Предельная концентрация вхождения германия, при которой сохраняется нанотубулярная морфология, не превышает 10 %. Уже при такой концентрации формируются пластинчатые частицы: изогнутые на концах при малом содержании германия и гексагональные, склонные к ориентированному сращиванию, при большом. Для магнийсодержащих фаз предпочтительной средой кристаллизации является щелочная, для никельсодержащих — нейтральная (водная). С ростом температуры гидротермальной обработки количество слоёв в элементарной ячейке увеличивается: при 100 °C образцы преимущественно однослойны, при 200 °C наблюдается трёхслойная структура. Степень кристалличности и размер частиц также возрастают с температурой. Область применения. Результаты могут быть использованы в физической химии и химии твёрдого тела при разработке структурированных прекурсоров для катализа, адсорбции и композиционных материалов.

The given work is devoted to the investigation of phase formation in the Mg–Ge–Si and Ni–Ge–Si systems in the low-temperature region. The aim of the work is to establish the physicochemical foundations for the synthesis of hydrogermanate nanoparticles with a chrysotile-like structure as a first step towards the development of a low-temperature synthesis of intermetallic catalysts on a structured support. Methodology. The samples were synthesized by the hydrothermal method at temperatures of 100, 150, and 200 °C in two media: distilled water and 0.1 M NaOH solution. The molar concentration of germanium was varied from 0 to 1 with a step of 0.1. The chemical composition, phase composition, and morphology of the products were studied by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), powder X-ray diffraction (XRD), and transmission electron microscopy (TEM). Results. The introduction of germanium promotes a transition from tubular to platy morphology and facilitates the formation of an ordered structure even at low temperatures. The maximum degree of germanium incorporation at which the nano-tubular morphology is preserved does not exceed 10 %. Even at this concentration, platy particles are formed: bent at the edges at low germanium concentrations and hexagonal, prone to oriented intergrowth, at higher contents. An alkaline medium is the preferred crystallization medium for magnesium-containing phases, whereas a neutral (aqueous) medium is preferred for nickel-containing ones. As the hydrothermal treatment temperature increases, the number of layers in the unit cell grows: at 100 °C the samples are predominantly single-layered, whereas at 200 °C a triple-layer structure is observed. The degree of crystallinity and the particle size also increase with temperature. Application of the results. The results of this work can be applied in the fields of physical chemistry and solid-state chemistry for the development of structured precursors for catalysis, adsorption, and the fabrication of composite materials.