ОСОБЛИВОСТІ СИНТЕЗУ І ХАРАКТЕРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЕРОВСКІТОПОДІБНИХ ШАРУВАТИХ ОКСИДНИХ МАТЕРІАЛІВ РІДКІСНОЗЕМЕЛЬНИХ І ПЕРЕХІДНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЯК ФУНДАМЕНТАЛЬНІ АСПЕКТИ ДЛЯ ПРАКТИКИ ІННОВАЦІЙНИХ ФОТОКАТАЛІТИЧНИХ РІШЕНЬ
DOI:
https://doi.org/10.26906/SUNZ.2026.3.078Keywords:
лужні координаційні нітрати лантаноїдів, умови утворення, кристалічна будова сполук, характерні властивості, перетворення з фізичною активацією, оксидні високовпорядковані системи лантаноїдів і перехідних елементівAbstract
Актуальність. Використання перовскітоподібних шаруватих оксидних фаз та їх попередників комплексних нітратів лантаноїдів відкриває інноваційний підхід для керованого синтезу високоактивних нанокомпозитів перехідних і рідкісноземельних елементів. Об'єкти дослідження: Прекурсори − лужні координаційні нітрати рідкісноземельних елементів. Цільові системи − одношарові та шаруваті наноструктуровані оксидні високовпорядковані системи лантаноїдів і перехідних елементів (зокрема, покриття на основі високодисперсного діоксиду титану анатазної модифікації). Мета статті: Узагальнення відомостей про умови утворення, будову та властивості координаційних нітратів лантаноїдів та розроблення на їхній основі методології фізико-хімічного модифікування центрів окиснення дифузного шару наноструктурованих оксидних систем TiO2 для підвищення фотокаталітичної активності останніх. Результати дослідження. Систематизовано фундаментальні дані про лужні координаційні нітратні попередники – 1) визначено умови їх існування, природу хімічного зв’язку, склад, особливості координаційних поліедрів Ln, типи координації ліганд, встановлено існування ізотипних рядів по стехіометрії складу, структурі, виявляємих характерних властивостей; 2) запропоновано спосіб хімічного модифікування центрів окиснення у поверхневому шарі анатазного TiO2 термообробленням у контакті з продуктами термолізу розплавів лужних координаційних нітратів лантаноїдів; 3) експериментально виявлено високу фотокаталітичну деструкцію парів органічних субстратів (на прикладі етанолу) на отриманих модифікованих зразках покриттів. Висновки. Одержані дані (як первинна інформація) є основою для виявлення, ідентифікації, контролю фазового стану об’єктів перероблення у підготовчих стадіях, вибору критеріїв сумісності складових при формуванні одношарових і шаруватих наноструктурованих оксидних композиційних систем лантаноїдів і перехідних елементів широкого призначення, з каталітичною і фотокаталітичною активністю, покриття здатного самоочищатися з гідрофільними властивостями; розроблення різних комбінованих способів їх активації та встановлення технологічнофункціональних залежностей; керованого модифікування властивостей одержуваних цільових продуктів.Downloads
References
1. Vandana, Ya., Sachin, P., and Sitharaman, U. (2025), “Dion–Jacobson (n = 2) Layered Perovskites (A′SmTa2O7 ; A′ = Rb, Cs) As Potential Ferroelectric Materials”, The Journal of Physical Chemistry C, vol. 129, no. 11, pp. 5666–5673, doi: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c08181 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c08181
2. Sachin P., and Sitharaman U. (2024), “Realization of new n = 3 and n = 4 Dion-Jacobson layered perovskite series with interlayer K+ions and perovskite blocks stabilized by Pr3+ ions”, Ceramics International, vol. 50, no. 17, pp. 31540–31547, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.461 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.461
3. Дрючко О.Г., Стороженко Д.О., Бунякіна Н.В. та др. Фізико-хімічне охарактеризування координаційних нітратів РЗЕ і лужних металів – прекурсорів оксидних поліфункціона-льних матеріалів. Вісник НТУ «ХПІ», 2018, № 39 (1315). С. 3–13, doi: https://doi.org/10.20998/2079-0821.2018.39.01 DOI: https://doi.org/10.20998/2079-0821.2018.39.01
4. Dryuchko, O., Storozhenko, D., Vigdorchik, A. et al. (2018), “Features of transformations in REE-containing systems of nitrate precursors in preparatory processes of formation of multifunctional oxide materials”, Molecular Crystals and Liquid Crystals, vol. 72(1), pp. 199–214, doi: https://doi:10.1080/15421406.2018.1542066 DOI: https://doi.org/10.1080/15421406.2018.1542066
5. Dryuchko, O.G., Soloviev, V.V., Bunyakina, N.V. et al. (2024), “Formation of multifunctional perovskite-like layered oxide materials using precursors based on coordinated nitrates of alkali and rare-earth metals”, Funct. Mater., vol. 31 (1), pp. 128– 139, doi: https://doi.org/10.15407/fm31.01.128 DOI: https://doi.org/10.15407/fm31.01.128
6. Varma, A., Mukasyan, A.S., Rogachev, A.S. et al. (2016), “Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials”, American Chemical Society. Chem. Rev., vol. 116, pp. 14493–14586, doi: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279
7. Murray, J. and Wriedt, H. (1987), “The O− Ti (oxygen-titanium) system”, Journal of Phase Equilibria, vol. 8(2), pp. 148– 165, doi: https://doi.org/10.1007/BF02873201 DOI: https://doi.org/10.1007/BF02873201
8. Fujishima, A., Zhang, X. and Trykc, D.A. (“2008), TiO2 photocatalysis and related surface phenomena”, Surface Science Reports, vol. 63(12), pp. 515–582, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2008.10.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2008.10.001
9. Dryuchko, O.G., Soloviev, V.V., Shefer, O.V. et al. (2026), “Cooperative transformations in REE-containing nitrate precurso systems during preliminary processes of perovskite-like oxide material property modification”, Funct. Mater., 2026, vol. 33(2), pp. 160–167, doi: https://doi.org/10.15407/fm33.02.160 DOI: https://doi.org/10.15407/fm33.02.160
10. Lagaly, G. (1986), “Interaction of alkylamines with different types of layered compounds”, Solid State Ionics., vol. 22, no. 1, pp. 43–51, doi: 10.1016/0167-2738(86)90057-3 DOI: https://doi.org/10.1016/0167-2738(86)90057-3
11. Machida, M., Miyazaki, K., Matsushima, Sh. and Arai M, (2003), “Photocatalytic properties of layered perovskite tantalates, MLnTa2O7 (M = Cs, Rb, Na, and H; Ln = La, Pr, Nd, and Sm)”, J. Mater. Chem., vol. 13, pp. 1433–1437, doi: https://doi.org/10.1039/b301938c DOI: https://doi.org/10.1039/b301938c
12. Gopalakrishnan, J., Sivakumar, T., Ramesha, K. et al. (2000), “Transformations of Ruddlesden-Popper oxides to new layered perovskite oxides by metathesis reactions”, Chem. Phys., vol. 9, pp. 6237–6241, doi: https://doi.org/10.1021/ja9914644 DOI: https://doi.org/10.1021/ja9914644
13. Schaak R. E., and Mallouk T.E. (2001), “KLnTiO4 (Ln=La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy): A New Series of Ruddlesden–Popper Phases Synthesized by Ion-Exchange of HLnTiO4”, J. Solid State Chem., vol. 161(2), pp. 225–232, doi: https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9303 DOI: https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9303
14. Zhu, W. J., Feng, H.H., and Hor, P.H. (1996), “Synthesis and characterization of layered titanium oxides NaRTiO4 (R = La, Nd and Gd)”, Mater. Res., Bull. 31(1), pp.107–111, doi: https://doi.org/10.1016/0025-5408(95)00167-0 DOI: https://doi.org/10.1016/0025-5408(95)00167-0
15. Cui, W, Guo, D, Liu, L, Hu, J, Rana, D, and Liang, Y. (2014), “Preparation of ZnIn2S4/K2La2Ti3O10 composites and their photocatalytic H2 evolution from aqueous Na2S/Na2SO3 under visible light irradiation”, Catal Commun., vol. 48, pp. 55–59, doi: https://doi.org/10.1016/j.catcom.2014.01.026 DOI: https://doi.org/10.1016/j.catcom.2014.01.026
16. Kanji S., Masashi, M., Tomohiko, O. et al. (2024), “Designed functions of oxide/hydroxide nanosheets via elemental replacement/doping”, Chem. Soc. Rev., vol. 53 (21), pp. 10523–10574, doi: https://doi.org/10.1039/d4cs00339j DOI: https://doi.org/10.1039/D4CS00339J
17. Kato, M., Kajita, T., Hanakago, R. et al. (2006), “Searchfor new superconductors by the Li-intercalation into layered perovskites”, Phys. C Supercond., vol. 445, pp. 26–30, doi: https://doi.org/10.1016/j.physc.2006.03.070 DOI: https://doi.org/10.1016/j.physc.2006.03.070
18. Thangadurai, V., Subbanna, G.N., and Gopalakrishnan, J. (1998), “Ln2Ti2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd): a novel series of defective Ruddlesden-Popper phases formed by topotactic dehydration of HLnTiO4”, J. Chem. Commun., vol. 7, pp. 1299– 1300, doi: https://doi.org/10.1039/a802644k DOI: https://doi.org/10.1039/a802644k
19. Ranmohotti, K.G.S., Josepha, E., Choi, J. et al. (2011), “Topochemical manipulation of perovskites: low-temperature reaction strategies for directing structure and properties”, Adv. Mater., vol. 23(4), pp. 442–460, doi: https://doi.org/10.1002/adma.201002274 DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201002274
20. Pogliani, L., Ameta, S. C., and Haghi, A. K. (2020), Chemistry and Industrial Techniques for Chemical Engineers, Francis and Taylor, 388 p., doi: https://doi.org/10.1201/9780429286674 DOI: https://doi.org/10.1201/9780429286674
21. Руднєва С.І., Сахненко М.Д., А.В. Дженюк. Гетерогенні рівноваги в хімічній технології. Харків: НТУ “ХПІ”, 2020. 116 с. URL: https://web.kpi.kharkov.ua/fchem/wp-content/uploads/sites/30/2022/09/Geterogenni-rivnovagi-SIR.pdf
22. Thompson, L. (2014), Fundamentals of analytical chemistry and quantitative chemical analysis, Basi6 International, Irving, TX, U.S.A., available at: https://www.abebooks.com/9781781543313/Fundamentals-Analytical-Chemistry-QuantitativeChemical-1781543313/plp
23. Dryuchko, O.G., Soloviev, V.V., Bunyakina, N.V. et al. (2025), “Some aspects of the production of multifunctional oxide REE-containing materials using nitrate systems”, Functional Materials, vol. 32, no. 4, pp. 532–543, doi: https://doi.org/10.15407/fm32.04.532 DOI: https://doi.org/10.15407/fm32.04.532
24. Дрючко О.Г., Шефер О.В, Галай В.М., Боряк Б.Р., Захарченко Р.В. Модифікування характеристик фотокаталітичноактивних функціональних вузлів адаптивних систем очищення повітря з використанням координаційних нітратів РЗЕ та лужних металів. Системи управління, навігації та зв'язку, 2022. № 3. С. 22-32, doi: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2022.3.022 DOI: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2022.3.022
25. Eriksson, B., Larrson, L.O., Niinisto L. et al. (1980), “Crystal and molecular structure of potassium diaquapentanitratolanthanate (III), Acta Chem. Scand., A 34, No. 8, pp. 567–572, doi: https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.34a-0567 DOI: https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.34a-0567
26. Meille, V. (2006), “Review on methods to deposit catalysts on structured sur-faces”, Appl. Catal., vol. 315, pp. 1–17, doi: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.08.031 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.08.031
27. Avila, P., Montes, M., and Miró E.E. (2005), “Monolithic reactors for environ-mental applications: A review on preparation technologies”, Chem. Eng. J., vol. 109, pp. 11–36, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2005.02.025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2005.02.025
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Oleksandr Dryuchko, Natalia Bunyakina, Oleksandr Shefer, Vasyl Halai, Ruslan Zakharchenko
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
