Установление минимальных температурных и временных порогов образования ферритов-шпинелей CuFe2O4, NiFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4 для методов твердофазного и жидкофазного синтеза

Abstract

Определение минимальных температурных и временных порогов образования гомогенных образцов ферритных материалов для разных методов интересно с той точки зрения, что финальная температура ферритизации, а также время выдержки влияет на конечный размер частиц. С уменьшением температуры ферритизации и времени выдержки также снижается конечный размер частиц получаемого материала. Для гетерогенных катализаторов это является важным параметром, так как чем меньше размер частиц катализатора, тем выше его каталитическая активность. В статье исследованы керамический, золь-гель (цитратный) метод, метод соосаждения и гидротермальный метод на примере получения СuFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, ZnFe2O4. Экспериментально определены нижние температурные пороги образования ферритных фаз для керамического, золь-гель (цитратного), гидротермального метода и метода соосаждения на примере получения CuFe2O4, NiFe2O4, СoFe2O4, ZnFe2O4. Температурный порог образования уменьшается в ряду: керамический метод (1000–1100 °С), метод соосаждения (400–800 °С), гидротермальный метод (180 °С), золь-гель (цитратный) метод (150– 300 °С); при этом для каждого из методов выдержка может составлять от нескольких часов до суток. Используя данные порошковых дифрактограмм, методом полнопрофильного анализа по Ритвельду установлены параметры решетки для всей линейки образцов. Для СuFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,376 Å, V = 587,74 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,270, V = 565,63 Å3; методом соосаждения: a = 8,392, V = 590,90 Å3; гидротермальным методом: a = 8,278, V = 567,24 Å3. Для СoFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,385, V = 598,49 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,353, V = 582,82 Å3; методом соосаждения: a = 8,378, V = 588,04 Å3; гидротермальным методом: a = 8,393, V = 591,31 Å3. Для NiFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,338, V = 579,59 Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,357, V = 583,49 Å3; методом соосаждения: a = 8,347, V = 581,40 Å3; гидротермальным методом: a = 8,351, V = 582,38 Å3. Для ZnFe2O4, полученного керамическим методом: a = 8,439, V = 600,97Å3; золь-гель (цитратным) методом: a = 8,439, V = 8,439 Å3; методом соосаждения: a = 8,440, V = 601,10 Å3; гидротермальным методом: a = 8,453, V = 604,02 Å3. Determination of the minimum temperature and time values in formation of homogeneous samples of ferritic materials by different methods is important, because the final ferritization temperature, together with the exposure time, affects the final particle size. If the ferritization temperature and sintering time decrease, the final particle size of the resulting material also decreases. The particle size is an important parameter for heterogeneous catalysts, because the smaller the particle size of the catalyst, the higher its catalytic activity. The ceramic, sol-gel (citrate) method, coprecipitation method, and hydrothermal method have been investigated in the article, as exemplified in the production of СuFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, and ZnFe2O4. The lower temperature thresholds for the formation of ferrite phases have been experimentally determined for the ceramic, sol-gel (citrate), hydrothermal and co-precipitation methods for CuFe2O4, NiFe2O4, CoFe2O4, and ZnFe2O4 samples. The temperature threshold of formation decreases in the following order: ceramic method (1000– 1100 °C), coprecipitation method (400–800 °C), hydrothermal method (180 °C), sol-gel (citrate) method (150–300 °C); at the same time, for each of the methods, exposure in the furnace can be from several hours to a day. Using the data of powder diffraction patterns, the lattice parameters for the entire series of samples have been determined according to the full-profile analysis by Rietveld method. For СuFe2O4, obtained by ceramic method: a = 8.376 Å, V = 587.74 Å3; by sol-gel (citrate) method: a = 8.270, V = 56.63 Å3; by coprecipitation method: a = 8.392, V = 590.90 Å3; by hydrothermal method: a = 8.278, V = 567.24 Å3. For СoFe2O4, obtained by ceramic method: a = 8.385, V = 598.49 Å3; by sol-gel (citrate) method: a = 8.353, V = 582.82 Å3; by coprecipitation method: a = 8.378, V = 588.04 Å3; by hydrothermal method: a = 8.393, V = 591.31 Å3. For NiFe2O4, obtained by ceramic method: a = 8.338, V = 579.59 Å3; by sol-gel (citrate) method: a = 8.357, V = 583.49 Å3; by coprecipitation method: a = 8.347, V = 581.40 Å3; by hydrothermal method: a = 8.351, V = 582.38 Å3. For ZnFe2O4, obtained by ceramic method: a = 8.439, V = 600.97 Å3; by sol-gel (citrate) method: a = 8.439, V = 8.439 Å3; by coprecipitation method: a = 8.440, V = 601.10 Å3; by hydrothermal method: a = 8.453, V = 604.02 Å3.