Синтез, фазообразование, свойства фосфатов элементов в степенях окисления +2, +3 и +4 каркасного строения

Минералоподобные фосфаты со структурными каркасами {[L2(PO4)3]p-}, состоящими из тетраэдров РО4 и октаэдров LO6, активно изучаются из-за практически значимых свойств − стойкости к воздействию высоких температур, тепловых ударов, агрессивных химических сред, суперионной проводимости, каталитической активности и др. Помимо этого, они могут использоваться, как эффективные керамические формы химического связывания токсичных и радиоактивных отходов для изоляции их от окружающей среды и дальнейшего применения отдельных компонентов в безопасных материалах с требуемыми характеристиками. Одновременно сложные кристаллические фосфаты представляют и значительный теоретический интерес из-за широкого изоморфизма ионов в их структурах, позволяющего направленно регулировать состав и изменять характеристики веществ, что является одним из фундаментальных факторов для разработки на их основе высокотехнологичных материалов. К началу выполнения данной работы в литературе имелись сведения о синтезе соединений изоформульных рядов и свойствах каркасных фосфатов структурного типа NaZr2(PO4)3 (NZP), изоструктурного минералу коснариту KZr2(PO4)3 и суперионикам NASICON. Катионы в неструктурообразующих позициях таких фосфатов представлены щелочными, щелочноземельными, некоторыми d-переходными элементами и лантаноидами, а набор катионов каркаса L с преимущественно ковалентной связью металл−кислород − Ti4+, Zr4+, Hf4+, Ge4+, Sn4+, Mo4+, U4+, Nb5+, Ta5+. Не изучались строение и свойства соединений, катионная часть которых представлена несколькими ионами в степени окисления +3. Отсутствовали систематические исследования морфотропных рядов фосфатов. Ограниченное число исследований посвящено изучению теплофизических свойств каркасных фосфатов, несмотря на то, что коэффициенты теплового расширения некоторых из них сопоставимы со значениями лучших из известных мало расширяющихся керамик – циркона, кордиерита, кварцевого стекла. Ряд исследований посвящен разработке NZP и Sc2(WO4)3 (SW) катализаторов реакций дегидрирования и дегидратации спиртов с получением важнейших продуктов органического синтеза – альдегидов, простых эфиров, алкенов и др. Эти катализаторы имеют разделенные каталитически активные фрагменты, ответственные за кислотно-основные свойства, вследствие чего увеличиваются их активность и селективность. Отметим также трудности, связанные с получением традиционными методами высокоплотных фосфатных керамик. Стойкость фосфатов к тепловым ударам позволяет реализовывать высокие скорости нагрева и охлаждения при уплотнении материала, а новые технологии спекания − горячее прессование и электроимпульсное плазменное спекание − получать высокоплотные керамики при минимальном времени формирования по сравнению с традиционными методами. Актуальными задачами представляются обоснованный выбор составов сложных фосфатов элементов в степенях окисления +2, +3 и +4, их синтез, изучение фазообразования, структуры, теплофизических и каталитических свойств, других функциональных возможностей материалов, а также одностадийных подходов к получению монолитных керамик с минимальной пористостью.