Влияние структуры, катионного состава и условий синтеза на фотокаталитические свойства слоистых перовскитоподобных оксидов

Реализованы методы синтеза и получены новые данные о физико-химических свойствах и фотокаталитической активности перовскитоподобных слоистых оксидов в практически значимых фотоиндуцированных процессах, таких как получение водорода и окисление токсичных органических веществ под действием УФ-света. Изучены слоистые оксиды, различающиеся как по толщине перовскитового слоя, так и катионному составу, среди которых сложные титанаты, танталаты, ниобаты щелочных и редкоземельных элементов. С помощью методов высокотемпературного твердофазного синтеза и методов ионного обмена в расплаве и растворе синтезированы фазы Раддлесдена - Поппера (A₂Ln₂Ti₃O₁₀ и ANdTiO₄, A = H, Li, Na, K; Ln = La, Nd), фазы Диона - Якобсона (ANdTa₂O₇ и ANdNb₂O₇, A = H, Li, Na, K, Rb, Cs) и Аурривилиуса Bi₃NbTiO₉, Bi₂PbNb₂TiO₉, Bi₂NdNbTiO₉. Для всех синтезированных соединений определены ширина запрещенной зоны (для оксидов LiNdNb₂O₇, NaNdNb₂O₇, HNdNb₂O₇ – впервые), удельная площадь поверхности и морфология частиц, способность к интеркаляции молекул воды в межслоевое пространство слоистой структуры, установлены состав интеркалятов и пределы их термической устойчивости. Новые данные о кристаллической структуре получены для слоистых оксидов CsNdTa₂O₇ и RbNdTa₂O₇, интеркалированного слоистого оксида NaNdTa₂O₇-1,35H₂O и частично протонированного соединения H₀,₇₃Na₀,₂₇NdTiO₄-0,3H₂O. В одинаковых воспроизводимых условиях исследована кинетика выделения водорода из водных растворов изопропилового спирта в присутствии представителей четырех классов слоистых перовскитоподобных оксидов – A₂Ln₂Ti₃O₁₀, ALnTiO₄, ANdTa₂O₇, ANdNb₂O₇ под действием УФ-света. Впервые исследованы фотокаталитические свойства для 16 слоистых оксидов – RbNdNb₂O₇, CsNdNb₂O₇, LiNdNb₂O₇, HNdNb₂O₇, LiNdTa₂O₇, KNdTa₂O₇, HNdTiO₄, HLaTiO₄, NaNdTiO₄, KNdTiO₄, H₂Nd₂Ti₃O₁₀, Li₂La₂Ti₃O₁₀, Li₂Nd₂Ti₃O₁₀, Na₂La₂Ti₃O₁₀, Na₂Nd₂Ti₃O₁₀, K₂Nd₂Ti₃O₁₀. Получены данные о кинетике фотоиндуцированного разложения органических красителей в присутствии оксидов ANdTiO₄ (A = Н, Li, Na, K) и Bi₃NbTiO₉, Bi₂PbNb₂TiO₉, Bi₂NdNbTiO₉ под действием УФ-света. На примере соединений K₂La₂Ti₃O₁₀, K₂Nd₂Ti₃O₁₀, RbNdTa₂O₇ показано, что значения фотокаталитической активности соединений в реакциях выделения водорода из водного раствора изопропилового спирта и из чистой воды коррелируют между собой. Проведен сравнительный анализ фотокаталитической активности слоистых перовскитоподобных оксидов A₂Nd₂Ti₃O₁₀, ANdTa₂O₇ (A = Li, Na, K, Cs, Rb) в совокупности с анализом ширины запрещенной зоны, величины удельной площади поверхности, морфологии частиц, способности к интеркаляции молекул воды в межслоевое пространство.