Hydrothermal Synthesis of Transition Metal Oxides



Yüklə 8,08 Mb.
səhifə1/11
tarix29.07.2018
ölçüsü8,08 Mb.
#59554
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11



Hydrothermal Synthesis and Characterization of Transition Metal Oxides


By
Aytaç ŞAHİN


A Dissertation Submitted to the

Graduate School in Partial Fulfillment of the

Requirements for the Degree of
MASTER OF SCIENCE


Department: Materials Science and Engineering

Major: Materials Science

İzmir Institute of Technology

İzmir, Turkey
October, 2004

We approve the thesis of Aytaç ŞAHİN

Date of Signature
---------------------------------------------------------- 22.10.2004

Assist.Prof.Dr. Mehtap EANES

Supervisor

Department of Chemistry

---------------------------------------------------------- 22.10.2004



Prof.Dr. Muhsin ÇİFTÇİOĞLU

Department of Chemical Engineering


---------------------------------------------------------- 22.10.2004



Assoc.Prof.Dr. Sedat AKKURT

Department of Mechanical Engineering


---------------------------------------------------------- 22.10.2004



Prof.Dr. Muhsin ÇİFTÇİOĞLU

Head of Interdisciplinary Material Science and

Engineering Program

ACKNOWLEDGEMENTS
I would like to express my thanks and gratitude to my research advisor, Asst.Prof. Mehtap EANES, her support, patience and guidance during my master research program.

I would also thank to TÜBİTAK and İYTE Research Foundation for their financial support to our Solid State Chemistry Laboratory. I would also thank to IYTE MAM Researchers for their help in analysis and also thanks to Asst.Prof. Funda DEMİRHAN from Celal Bayar University and Philippe Richard Iseo from Bourgogne Dijon University in France for single X-ray data.

Special thanks to my friends in IYTE for their help. Finally, special thanks to my mom, Nuran Şahin, and my father, Ahmet Şahin, and my engaged, Selma Karacaoğlu, for all of their love and support.

ABSTRACT

Hydrothermal method has proven to be an excellent method for the synthesis of novel metal oxides and vanadates.

This research pertains to the synthesis of novel lead chlorovanadate compound and of a known alkali metal trivanadate compound, KV3O8 by hydrothermal method. This method has been used to synthesize many inorganic oxide compounds. Hydrothermal synthesis is the use of aqueous solvents under high temperature and high pressure to dissolve and recrystallize materials. Compounds with interesting structure and physical properties are often obtained from this technique that is known as one of the low-temperature synthesis techniques for solid state compounds.

There are many studies that have been done on oxides in the Pb-V-O systems. There are also many vanadium oxides containing Pb, V, O elements in Pb-V-O system such as Pb1.32V8.35O16.7, PbV6O11, PbV2O6, Pb2V3O8.5, and -PbxV2O5 bronzes (x = 0.3).

In an attempt to synthesize vanadium oxides at low temperature, we were able to obtain needle shaped yellow crystals of PbVO3Cl. In the nature, there is a kombatite mineral, Pb14(VO4)2O9Cl4, with the same composition of elements.

A new lead chlorovanadate, PbVO3Cl, was obtained from the reaction of NaVO3 and PbCl2 in aqueous solution of B(OH)3. The compound was prepared in an autoclave that was filled with aqueous solution of B(OH)3 and heated at 170oC for 3 days. The compound crystallizes in the space group Pnma of the orthorhombic system with formula units in a cell of dimensions a = 10.022(2) Å, b = 5.2875(11) Å, c = 7.1714(14) Å, === 90°, V= 380.00(13) Å3 (T = 293 K). It is composed of square pyramidal [VO5] chains and [PbCl] sheets. The edge-sharing VO5 pyramids with a trans configuration were formed by [VO3] n chains. This compound is isostructural to BaVO3Cl and SrVO3Cl reported by Borel et.al [58].

The single crystals of a known alkali metal trivanadate compound, KV3O8, were also synthesized by hydrothermal method. The compound KV3O8 has been prepared by hydrothermal synthesis at 170o C for 3 days from KVO3, PbCl2 and in 1.66M of B(OH)3 solution. Its structure crystallizes in monoclinic crystal system with space group P2(1)/m with formula units in a cell of dimensions a = 4.9664(10) Å, b = 8.3600(17) Å, c = 7.5982(15) Å, == 90°, =96.643(3)o, V= 313.35(11) Å3 (T = 293(2) K). The orange hexagonal plate-shaped crystal, KV3O8, consists of a layered structure with V3O8 layers consisting of VO6 octahedra and VO5 square pyramids.

ÖZ

Hidrotermal yöntemin yeni metal oksit ve vanadatların sentezi için çok iyi bir yöntem olduğu kanıtlandı.

Bu çalışma yeni kurşun klorovanadat bileşiğinin (PbVO3Cl) ve bilinen alkali metal trivanadat (KV3O8) bileşiğinin hidrotermal yöntem ile sentezini açıklamaktadır. Bu yöntem birçok metal oksit bileşiğinin sentezinde kullanılmıştır. Hidrotermal yöntem maddeleri çözmek ve kristallendirmek için yüksek basınç ve sıcaklık altında sulu çözeltilerin kullanılmasıdır. İlginç yapısal ve fiziksel özelliklere sahip bileşikler genellikle katı hal bileşiklerinin düşük sıcaklık sentez yöntemlerinden birisi olarak bilinen bu teknik ile elde edilir.

Pb-V-O sistemlerindeki oksitler üzerine yapılan birçok çalışma vardır. Ayrıca Pb-V-O sisteminde Pb, V, ve O içeren Pb1.32V8.35O16.7, PbV6O11, PbV2O6, Pb2V3O8.5, and -PbxV2O5 bronzes (x = 0.3) gibi birçok vanadyum oksit bulunmaktadır.

Düşük sıcaklıkta vanadyum oksit sentezleme girişimlerinde iğne şekilli sarı PbVO3Cl kristalleri sentezlendi. Doğada aynı elementlere sahip kombatite (Pb14(VO4)2O9Cl4) adlı mineral bulunmaktadır.

Yeni kurşun klorovanadat (PbVO3Cl) NaVO3 and PbCl2’nin borik asit sulu çözeltisindeki reaksiyonundan elde edildi. Bu bileşik borik asit çözeltisi ile dolu otoklav içerisinde hazırlandı ve 170oC de 3 gün boyunca ısıtıldı. Bileşik Pnma space grubunda ve ortorombik sistemdedir. Hücre boyutları aşağıdaki gibidir: a = 10.022(2) Å, b = 5.2875(11) Å, c = 7.1714(14) Å, === 90°, V= 380.00(13) Å3 (T = 293 K). [VO5] kare piramitlerinden ve [PbCl] tabakalarından oluşmaktadır. Trans konfigürasyonlu kenar paylaşımlı VO5 piramitleri [VO3] n zincirlerinden oluşmaktadır. Bu bileşik daha önce Borel ve arkadaşları tarafından belirtilmiş olan BaVO3Cl and SrVO3Cl ile izoyapısaldır [58].

Ayrıca bilinen alkali metal trivanadat bileşiğinin single kristalleride (KV3O8) hidrotermal yöntem ile sentezlendi. KV3O8 bileşiği KVO3 ve PbCl2 karışımının 1.66M’lık B(OH)3 çözeltisindeki 170o C de 3 gün süren reaksiyonu sonunda elde edildi. Space grubu P2(1)/m, kristal sistemi ise monokliniktir. Hücre boyutları aşağıdaki gibidir: a = 4.9664(10) Å, b = 8.3600(17) Å, c = 7.5982(15) Å, == 90°, =96.643(3)o, V= 313.35(11) Å3 (T = 293(2) K). Hekzagonal şekilli turuncu KV3O8 kristalleri oktahedral VO6 ve kare piramidal VO5 içeren V3O8 katmanlarından oluşan katmanlı bir yapıya sahiptir.



Yüklə 8,08 Mb.

Dostları ilə paylaş:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2022
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə