СТРУКТУРА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИСУРЬМЯНОЙ КИСЛОТЫ И КОЛЛОИДНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

Рубцова Е.Д., Ярошенко Ф.А., Бурмистров В.А.

Челябинский государственный университет

454001, г. Челябинск, ул. Братьев Кашириных, д. 129

Использование полимерных мембран в различных устройствах требует разработки композитных материалов с высокой протонной проводимостью, устойчивых к агрессивным средам и способным работать в широком диапазоне температур и влажности воздуха. Одним из перспективных направлений в этой области является допирование мембран частицами диоксида кремния (ДК).

Целью данной работы является синтез поверхностно модифицированных наночастиц диоксида кремния полисурьмяной кислотой (ПСК) и исследование их структуры.

Частицы диоксида кремния подвергли поверхностной модификации методом выдержки навесок порошка различной массы в растворе модифицирующего соединения (SbOCl₃). Данный прекурсор был синтезирован предварительным окислением треххлористой сурьмы азотной кислотой. Данную систему подвергли гидролизу в избытке дистиллированной воды с образованием белого хлопьеобразного осадка. Полученный продукт промывали дистиллированной водой до отрицательной качественной реакции на хлорид-ионы c последующим отделением жидкой и твердой фракции с помощью центрифугирования, после чего сушили при 110°C в муфельной печи.

После проведения модификации диоксида кремния полисурьмяной кислотой на ИК-спектрах появляются новые полосы поглощения относительно исходных компонентов системы в области 900–950 см^-1 (ν – Si–O–Sb), ослабление полосы, ее уширение Si–O–Si ~1100 см^-1 и появление полосы при ~560 см^-1 (δ – Sb–O–Si). Также наблюдается небольшое смещение основных полос в исходных оксидах кремния и пятивалентной сурьмы от 1100 до 1111см^-1 (с асимметрией), обусловленное образованием гибридных связей Si–O–Sb. Такие изменения происходят вследствие того, что атом Sb⁵⁺ в Sb₂O₅ более электроотрицателен, чем Si⁴⁺, что приводит к увеличению силы связи Si–O–Sb по сравнению с Si–O–Si, что, в свою очередь, ведет к росту энергии колебаний, приводящему к сдвигу в высокочастотную область (до 1111 см^-1). Смещение полосы поглощения сопровождается ее уширением от ~50–80 см^-1 до 100–120 см^-1 со снижением интенсивности. Это вызвано неоднородностью среды и появлением новых типов колебаний: Si–O–Sb, аморфизацией локальной структуры вокруг Sb, а также образованием водородных связей между поверхностными ≡Si–OH и Sb₂O₅.

Выводы по работе: получены поверхностно модифицированные частицы, состоящие из коллоидного ДК и ПСК. В работе обсуждается вопрос формирования оболочки из ПСК на поверхности коллоидного диоксида кремния в процессе синтеза.