Формирование твердых растворов и композитов в системе ZnO-ZrO2
О.И. Гырдасова, Л.А. Пасечник
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.627
Оригинальная статья
Аннотация: Предложено получение твердых растворов и композитов на основе систем оксидов цинка и циркония в качестве перспективных фотоактивных материалов. Метод синтеза предполагает использование прекурсорной технологии, в которой в качестве прекурсоров были предварительно получены частично замещенные цинком формиаты цирконила. Показано, что термолиз прекурсоров на воздухе при 700°С стабилизирует твердые растворы Zn1-xZrxO1+2x со структурой вюрцита в области 0≤x≤0,06. Повышение концентрации циркония приводит к формированию гибридных материалов типа ядро/оболочка Zn1-xZrxO1+2x/Zr1-xZnxO2-x, состоящих из твердых растворов двух типов. Для Zn1-xZrxO1+2x (0≤x≤0,8) сохраняется структура вюрцита. В системе Zr1-xZnxO2-x стабилизируется композит на основе тетрагональной фазы t—ZrO2. В области гомогенности Zr1-xZnxO2—x при 0,1≤x≤0,3 однофазные твердые растворы с замещением части катионов циркония на цинк также имеют тетрагональную модификацию t—ZrO2. Допирование цирконием ZnO способствует накоплению отрицательного заряда на поверхности частиц оксидного материала c увеличением отрицательного значения x-потенциала дисперсий, что связано с адсорбцией гидроксид-ионов из щелочных растворов. При допировании цинком ZrO2 наблюдается общая тенденция к стабилизации поверхностного заряда в твердых растворах Zr1-xZnxO2-x. При этом смещение значений x-потенциала дисперсий в область положительных значений наблюдается при переходе от твердых растворов к гибридным материалам t—Zr1-xZnxO2-x/Zn1-xZrxO1+2x, что будет способствовать седиментации объектов при извлечении их из зоны фотореактора.
Ключевые слова: оксид циркония, оксид цинка, наногетероструктуры, синтез, прекурсоры, микроструктура, дзета-потенциал
- Гырдасова Ольга Ивановна – к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории неорганического синтеза, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
- Пасечник Лилия Александровна – к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
Ссылка для цитирования:
Гырдасова, О.И. Формирование твердых растворов и композитов в системе ZnO-ZrO2 / О.И. Гырдасова, Л.А. Пасечник // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 627-635. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.627. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Roselin, L.S. Photocatalytic treatment and reusability of textile dyeing effluents from cotton dyeing industries / L.S. Roselin, R. Selvin // Science of Advanced Materials. – 2011. – V. 3. – I. 1. – P. 113-119. DOI: 10.1166/sam.2011.1142.
2. Neelakandeswari, N. Spectroscopic investigations on the photodegradation of toluidine blue dye using cadmium sulphide nanoparticles prepared by a novel method / N. Neelakandeswari, G. Sangami, N. Dharmaraj et al. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2011. – V. 78. – I. 5. – P. 1592-1598. DOI: 10.1016/j.saa.2011.02.008.
3. Kuriakose, S. Enhanced photocatalytic activity of Co doped ZnO nanodisks and nanorods prepared by a facile wet chemical method / S. Kuriakose, B. Satpati, S. Mohapatra // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2014. – V. 16. – I. 25. – P. 12741-12749. DOI: 10.1039/c4cp01315h.
4. Botta, S.G. Photocatalytic properties of ZrO2 and Fe/ZrO2 semiconductors prepared by a sol-gel technique / S.G. Botta, J.A. Navio, M.C. Hidalgo et al. // Journal of photochemistry and photobiology A: Chemistry. – 1999. – V. 129. – I. 1-2. – P. 89-99. DOI: 10.1016/S1010-6030(99)00150-1.
5. Sreethawong, T. Synthesis of crystalline mesoporous-assembled ZrO2 nanoparticles via a facile surfactant-aided sol-gel process and their photocatalytic dye degradation activity / T. Sreethawong, S. Ngamsinlapasathian, S. Yoshikawa // Chemical Engineering Journal. – 2013. – V. 228. – P. 256-262. DOI: 10.1016/j.cej.2013.04.111.
6. Cheng, C. Enhanced photocatalytic performance of TiO2-ZnO hybrid nanostructures / C. Cheng, A. Amini, C. Zhu et al. // Scientific Reports. – 2014. – V. 4. – I. 1. – P. 1481–1486. DOI: 10.1038/srep04181.
7. Midala, I.H. Structural, morphological and optical properties of (ZnO)0.2(ZrO2)0.8 nanoparticles / H.M. Kamari, N.M. Al-Hada, C.K. Tim et al. // Applied Physics A. – 2019. – V. 125. – I. 9. – Art. № 668. – 10 p. DOI: 10.1007/s00339-019-2950-9.
8. Cheng, H. The bifunctional regulation of interconnected Zn-incorporated ZrO2 nanoarrays in antibiosis and osteogenesis / H. Cheng, L. Mao, X. Xu, Y. Zeng, D. Lan, H. Hu, X. Wu, H. You, X. Yang, R. Li, Z. Zhu // Biomaterials Science. – 2015. – V. 3. – I. 4. – P. 665-680. https://doi.org/10.1039/C4BM00263F.
9. Vlasenko, L.S. Magnetic resonance studies of intrinsic defects in ZnO: oxygen vacancy / L.S. Vlasenko // Applied Magnetic Resonance. – 2010. – V. 39. – I. 1-2. – P. 103-111. DOI: 10.1007/s00723-010-0140-1.
10. Zhou, H. Magnetic resonance studies on ZnO nanocrystals / H. Zhou, A. Hofstaetter, D.M. Hofmann, B.K. Meyer // Microelectronic Engineering. – 2003. – V. 66. – I. 1-4. – P. 59-64 DOI: 10.1016/S0167-9317(03)00025-XA.
11. Vaizoğullar, A.I. ZnO/ZrO2 composites: synthesis characterization and photocatalytic performance in the degradation of oxytetracycline antibiotic / A.I. Vaizoğullar // Materials Technology. – 2019. – V. 34. – I. 8 – P. 433-443. DOI: 10.1080/10667857.2019.1574287.
12. Mosavari, M. Nano-ZrO2: a review on synthesis methodologies / M. Mosavari, A. Khajehhaghverdi, R. Aghdam // Inorganic Chemistry Communications. – 2023. – V. 157. – Art. № 111293. – 7 p. DOI: 10.1016/j.inoche.2023.111293.
13. Yamada, T. Single crystal ZrO2 nanosheets formed by thermal transformation for solid oxide fuel cells and oxygen / T. Yamada, Y. Kubota, Y. Makinose et al. // ACS Applied Nano Materials. 2019. – V. 2. – I. 1. – P. 6866–6873. DOI: 10.1021/acsanm.9b01312.
14. Гырдасова, О.И. Сорбционная и фотокаталитическая активность Zn1-xCuxO (x = 0,05 и 0,15) к As(III) в щелочной среде / О.И. Гырдасова, Л.А. Пасечник, В.Н. Красильникови др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 792-804. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.792.
15. Чупахина, Т.И. Твердые растворы Sr2Ti1-XMnXO4 (X = 0; 0,01; 0,025; 0,05; 0,1) со структурой K2NiF4 / Т.И. Чупахина, А.М. Упорова, О.И. Гырдасова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 1035-1045. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.1035.
16. Powder Diffraction File JCPDS-ICDD PDF-2 (Set 1-47). (Release, 2016). – Режим доступа: www.url: https://www.icdd.com/pdf-2. – 15.06.2025.