Синтез, ионообменные и фотокаталитические свойства слоистого перовскитоподобного ниобата CsBa2Nb3O10: сравнительный анализ с родственными фазами Диона–Якобсона AA′2Nb3O10 (A = K, Rb, Cs; A′ = Ca, Sr, Pb)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Слоистый перовскитоподобный ниобат CsBa2Nb3O10 впервые синтезирован в однофазном виде с использованием как нитратов, так и карбонатов цезия и бария. Показано, что полученный ниобат, в отличие от Ca-, Sr- и Pb-содержащих аналогов, не подвергается замещению межслоевых щелочных катионов на протоны (протонированию) при обработке кислотами в различных условиях. Возможная причина химической инертности ниобата состоит в частичном разупорядочении катионов цезия и бария между межслоевым пространством и блоком перовскита, препятствующем межслоевому ионному обмену. Оптическая ширина запрещенной зоны CsBa2Nb3O10 (2.8 эВ) потенциально позволяет ниобату использовать видимый свет (λ < 443 нм) для осуществления фотокаталитических превращений. Однако фотокаталитический потенциал данного соединения применительно к процессам генерации водорода остается нераскрытым, так как способность межслоевого пространства к протонированию и гидратации является принципиально важным фактором, определяющим фотокаталитическую активность ионообменных слоистых перовскитоподобных оксидов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Курносенко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

О. И. Силюков

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. А. Родионов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Я. П. Бирюков

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. А. Буров

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. А. Зверева

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: irina.zvereva@spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Dion M., Ganne M., Tournoux M. // Mater. Res. Bull. 1981. V. 16. № 11. P. 1429. https://doi.org/10.1016/0025-5408(81)90063-5
  2. Domen K., Ebina Y., Sekine T. et al. // Catal. Today. 1993. V. 16. № 3–4. P. 479. https://doi.org/10.1016/0920-5861(93)80088-I
  3. Jacobson A.J., Lewandowski J.T., Johnson J.W. // J. Less Common Met. 1986. V. 116. № 1. P. 137. https://doi.org/10.1016/0022-5088(86)90224-9
  4. Kawaguchi T., Horigane K., Itoh Y. et al. // Phys. B: Condens. Matter. 2018. V. 536. P. 830. https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.09.060
  5. Fang L., Zhang H., Yuan R. // J. Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 2002. V. 17. № 2. P. 3. https://doi.org/10.1007/BF02832614
  6. Mahler C.H., Cushing B.L., Lalena J.N. et al. // Mater. Res. Bull. 1998. V. 33. P. 1581. https://doi.org/10.1016/S0025-5408(98)00166-4
  7. Fang M., Kim C.H., Mallouk T.E. // Chem. Mater. 1999. V. 11. P. 1519. https://doi.org/10.1021/cm981065s
  8. Yoshimura J., Ebina Y., Kondo J. et al. // J. Phys. Chem. 1993. V. 97. № 9. P. 1970. https://doi.org/10.1021/j100111a039
  9. Liou Y., Wang C.M. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. № 5. P. 1492. https://doi.org/10.1149/1.1836668
  10. Ziegler C., Dennenwaldt T., Weber D. et al. // Z. Anorg. Allg. Chem. 2017. V. 643. № 21. P. 1668. https://doi.org/10.1002/zaac.201700269
  11. Fukuoka H., Isami T., Yamanaka S. // J. Solid State Chem. 2000. V. 151. № 1. P. 40. https://doi.org/10.1006/jssc.2000.8619
  12. Schaak R.E., Mallouk T.E. // Chem. Mater. 2002. V. 14. № 4. P. 1455. https://doi.org/10.1021/cm010689m
  13. Tahara S., Sugahara Y. // Langmuir. 2003. V. 19. № 22. P. 9473. https://doi.org/10.1021/la0343876
  14. Tahara S., Takeda Y., Sugahara Y. // Chem. Mater. 2005. V. 17. № 16. P. 6198. https://doi.org/10.1021/cm0514793
  15. Shimada A., Yoneyama Y., Tahara S. et al. // Chem. Mater. 2009. V. 21. № 18. P. 4155. https://doi.org/10.1021/cm900228c
  16. Khramova A.D., Silyukov O.I., Kurnosenko S.A. et al. // Molecules. 2023. V. 28. № 12. P. 4807. https://doi.org/10.3390/molecules28124807
  17. Voytovich V.V., Kurnosenko S.A., Silyukov O.I. et al. // Front. Chem. 2020. V. 8. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00300
  18. Voytovich V.V., Kurnosenko S.A., Silyukov O.I. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. № 8. P. 897. https://doi.org/10.3390/catal11080897
  19. Ebina Y., Sasaki T., Watanabe M. // Solid State Ionics. 2002. V. 151. P. 177. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00707-5
  20. Sasaki T. // J. Ceram. Soc. Jpn. 2007. V. 115. № 1337. P. 9. https://doi.org/10.2109/jcersj.115.9
  21. Nicolosi V., Chhowalla M., Kanatzidis M.G. et al. // Science. 2013. V. 340. № 6139. P. 1226419. https://doi.org/10.1126/science.1226419
  22. Wang T.H., Henderson C.N., Draskovic T.I. et al. // Chem. Mater. 2014. V. 26. № 2. P. 898. https://doi.org/10.1021/cm401803d
  23. Gao H., Shori S., Chen X. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2013. V. 392. P. 226. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.09.079
  24. Sakaki M., Feng Y.Q., Kajiyoshi K. // J. Solid State Chem. 2019. V. 277. № June. P. 253. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.06.018
  25. Han Y.-S., Park I., Choy J.-H. // J. Mater. Chem. 2001. V. 11. № 4. P. 1277. https://doi.org/10.1039/b006045n
  26. Lee W.-J., Yeo H.J., Kim D.-Y. et al. // Bull. Korean Chem. Soc. 2013. V. 34. № 7. P. 2041. https://doi.org/10.5012/bkcs.2013.34.7.2041
  27. Hashemzadeh F. // Water Sci. Technol. 2016. V. 73. № 6. P. 1378. https://doi.org/10.2166/wst.2015.610
  28. Kweon S.-H., Im M., Lee W.-H. et al. // J. Mater. Chem. C. 2016. V. 4. № 1. P. 178. https://doi.org/10.1039/C5TC03815D
  29. Thangadurai V., Schmid-Beurmann P., Weppner W. // J. Solid State Chem. 2001. V. 158. № 2. P. 279. https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9108
  30. Zahedi E., Hojamberdiev M., Bekheet M.F. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 108. P. 88725. https://doi.org/10.1039/c5ra13763b
  31. Reddy J.R., Kurra S., Guje R. et al. // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 2. P. 2869. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.10.109
  32. Henderson C.N. // Studies on the exfoliation, reassembly and applications of layered materials, The Pennsylvania State University, 2013.
  33. Rodionov I.A., Maksimova E.A., Pozhidaev A.Y. et al. // Front. Chem. 2019. V. 7. № December. P. 1. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00863
  34. Rodionov I.A., Gruzdeva E.O., Mazur A.S. et al. // Catalysts. 2022. V. 12. № 12. P. 1556. https://doi.org/10.3390/catal12121556
  35. Kurnosenko S.A., Voytovich V.V., Silyukov O.I. et al. // Catalysts. 2023. V. 13. № 4. P. 749. https://doi.org/10.3390/catal13040749
  36. Kurnosenko S.A., Voytovich V.V., Silyukov O.I. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. № 11. P. 1279. https://doi.org/10.3390/catal11111279
  37. Kurnosenko S.A., Voytovich V.V., Silyukov O.I. et al. // Catalysts. 2023. V. 13. № 3. P. 614. https://doi.org/10.3390/catal13030614
  38. Zvereva I.A., Silyukov O.I., Chislov M.V. // Russ. J. Gen. Chem. 2011. V. 81. № 7. P. 1434. https://doi.org/10.1134/S1070363211070061
  39. Kurnosenko S.A., Burov A.A., Silyukov O.I. et al. // Glass. Phys. Chem. 2023. V. 49. № 2. P. 160. https://doi.org/10.1134/S1087659622600971
  40. Yafarova L.V., Silyukov O.I., Myshkovskaya T.D. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2021. V. 143. № 1. P. 87. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09276-9
  41. Jehng J.-M., Wachs I.E. // Chem. Mater. 1991. V. 3. № 7. P. 100. https://doi.org/10.1021/cm00013a025
  42. Hong Y., Kim S.-J. // Bull. Korean Chem. Soc. 1996. V. 17. № 8. P. 730.
  43. Zvereva I., Smimov Y., Gusarov V. et al. // Solid State Sci. 2003. V. 5. № 2. P. 343. https://doi.org/10.1016/S1293-2558(02)00021-3
  44. Tugova E.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 6. P. 874. https://doi.org/10.1134/S0036023622060237
  45. Shtarev D.S., Shtareva A.V., Petrova A.Y. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 9. P. 1368. https://doi.org/10.1134/S0036023622090145
  46. Shibata H., Ogura Y., Sawa Y. et al. // Biosci. Biotechnol. Biochem. 1998. V. 62. № 12. P. 2306. https://doi.org/10.1271/bbb.62.2306
  47. Nosaka Y., Nosaka A. // ACS Energy Lett. 2016. V. 1. № 2. P. 356. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6b00174
  48. Cui W., Liu L., Ma S. et al. // Catal. Today. 2013. V. 207. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2012.05.009
  49. Xiao N., Li S., Li X. et al. // Chinese J. Catal. 2020. V. 41. № 4. P. 642. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(19)63469-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы образцов CBN3 до и после их обработки 12 М HCl и водой. Звездочкой отмечены примесные фазы.

Скачать (176KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рамановские спектры CBN3 до и после обработки 12 М HCl и водой. Диапазон 1500–4000 см−1 увеличен в 20 раз.

Скачать (154KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ТГ-кривые CBN3 до и после обработки 12 М HCl и водой.

Скачать (114KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры диффузного отражения (а) и соответствующие графики Кубелки–Мунка (б) для CBN3 до и после обработки 12 М HCl.

Скачать (128KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кинетические кривые фотокаталитического выделения водорода из 1 мол. % водного метанола под излучением лампы ДРТ-125 с использованием исходных и обработанных кислотой образцов CBN3 без дополнительной модификации (а) и с 1% Pt в качестве сокатализатора (б).

Скачать (124KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024