Σύνθεση μεικτών φάσεων οξειδίου μαγγανίου-δημητρίου και μελέτη του ρόλου του διαλύτη στις επιφανειακές ιδιότητες της δημήτριας: διδακτορική διατριβή

Abstract

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η σύνθεση υλικών βασισμένων στη δημήτρια και η μελέτη των ιδιοτήτων τους όπως είναι η δομή και η υφή τους. Η παρούσα ερευνητική εργασία εστιάζεται στη σύνθεση και μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων μεικτών οξειδίων MnxCe1-xO2-y και υλικών της μορφής Ce-K-OMS-2, καθώς επίσης και στην εύρεση απλής μεθοδολογίας για παρασκευή δημήτριας και των παραγώγων της με τις βέλτιστες επιφανειακές ιδιότητες. Αρχικά μελετήθηκε μια σειρά παραμέτρων σύνθεσης του νανοπορώδους CeO2 με τη μέθοδο της ομογενούς αλκαλικής καταβύθισης για την κατανόηση της επίδρασης τους στη δομή, στη μορφολογία και στις επιφανειακές τους ιδιότητες. Η χρήση αλκοόλης, βελτιστοποίησε τις επιφανειακές ιδιότητες της δημήτριας, συμπεραίνοντας ότι η αλκοόλη συμβάλλει στο μηχανισμό της αντίδρασης. Στη συνέχεια μελετήθηκε η σύνθεση του μεικτού οξειδίου Mn-Ce (MnxCe1-xO2-y, x=0-1). Στα MnxCe1-xO2-y όπου 0.1≥x≥0.4, παρατηρήθηκε ο σχηματισμός στερεού διαλύματος λόγω αντικατάστασης των κατιόντων Ce4+ από τα Mn3+. Όταν Mn > 50%, παρατηρήθηκε συνύπαρξη δύο κρυσταλλικών φάσεων, με συνέπεια τη διαφοροποίηση της μορφολογία τους. Eπίσης στην εργασία αυτή, μελετήθηκαν διάφορες παράμετροι σύνθεσης όπως η συγκέντρωση του μέσου καταβύθισης, ο χρόνος γήρανσης, η συγκέντρωση των πρόδρομων αλάτων, η χρήση διαλυτών και τέλος η θερμοκρασία καταβύθισης, γήρανσης και πύρωσης. Στα πλαίσια επίσης της εργασίας αυτής μελετήθηκε μια νέα κατηγορία υλικών των οκταεδρικών μοριακών ηθμών και συγκεκριμένα του κρυπτομέλανα. Στόχος ήταν η ενσωμάτωση του Ce(IV) μέσα στα κανάλια ή ιοντοανταλλαγή των Mn3+/Mn4+στο δίκτυο του κρυπτομέλανα., όπου και επιτεύχθηκε. Ο τρόπος ενσωμάτωσης Ce(IV) και η μέθοδος παρασκευής είχαν ως αποτέλεσμα την αλλαγή της μορφολογίας, της θερμικής σταθερότητας και των επιφανειακών ιδιοτήτων τους.

The aim this research was the synthesis of cerium-based materials and consequently the study of their properties. Mainly, it was focused on the synthesis and study of the surface properties of MnxCe1-xO2-y and Ce-K-OMS-2. Moreover, it was intended to find a simple methodology on the synthesis of ceria and its derivatives with optimum surface properties. Originally, a detailed study on the synthesis of nanoporous cerium oxide with the method of homogeneous alkali precipitation was performed. The effect of a series of parameters on the structure, morphology, and surface properties was also determined. When an alcohol was used, the surface properties of ceria were improved. It was concluded that the use of an alcohol during this reaction, contributes in the mechanism of the precipitation of the reaction. Furthermore, the synthesis of mixed Mn-Ce oxides (MnxCe1-xO2-y, x=0-1) was investigated. In MnxCe1-xO2-y, where 0.1≥x≥0.4, formation of a solid solution was observed because Ce4+ was replaced by Mn3+. Increasing further the Mn content, two different crystal phases co-existed, whereas changes in the morphology of the solids were observed. Different synthetic parameters were also examined during the synthesis of mixed Mn-Ce oxides. A new category of materials, manganese oxides octahedral molecular sieves, otherwise known as cryptomelane, bearing a tunnel structure, were also studied. The aim of this research was to incorporate Ce(IV) in the cryptomelane channels or to ion-exchange Mn3+/Mn4+ in its network. The method of incorporation of Ce(IV) as well as the preparation method of cryptomelane affected the morphology, thermal stability and surface properties of these materials.