Способы получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава cs5(hso4)2(h2po4)3

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала. Монокристаллы Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 получают путем приготовления водного раствора с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенного при температуре 50-75°С с последующей кристаллизацией методом управляемого снижения растворимости. Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 в виде поликристаллического порошка получают приготовлением водного раствора с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенного при температуре 50-75°С, высаливанием Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 этиловым спиртом с последующей просушкой при температуре до 80°С или методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, при температуре 60-90°С. Полученное соединение CS5(HSO4)2(H2PO4)3 обладает меньшим значением температуры фазового перехода (115,0°С) и большим значением протонной проводимости (1 Ом-1см-1 при температуре 120,0°С). Соединение Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 химически устойчиво до температуры 140,0°С. 3 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу нового гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала.

В качестве твердого протонпроводящего материала может использоваться гидросульфат цезия CsHSO4, который отличается от соединения Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 более высокой температурой фазового перехода (141,0°С) и меньшими значениями проводимости при повышенных температурах [Nardy Т., Friesel M., Melander B.E. Proton and deuteron conductivity in CsHSO4 and CsDSO4 by in situ isotopic exchange. Solid State Ionics 77 (1995) 105-110].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является гидросульфат цезия с формулой Cs3(HSO4)2(H2PO4).

Однако Cs3(HSO4)2(H2PO4) претерпевает фазовый переход при более высокой температуре (~119°С) и проявляет меньшие значения проводимости при этой температуре (6,3·10-3 Ом-1см-1) [Haile S.M. et.al. Superprotonic conductivity in Cs3(HSO4)2(H2PO4). Solid State Ionics 77 (1995) 128-134].

Технический результат изобретения - получение сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, обладающего большим значением протонной проводимости и меньшим значением температуры фазового перехода.

Технический результат достигается тем, что соединение Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 кристаллизуется при мольном соотношении CsHSO4:CsH2PO4, равном 2:3, и за счет свойств соединения Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, а именно за счет более низкой температуры фазового перехода относительно соединения-аналога и большей химической устойчивости в суперпротонном проводящем состоянии.

Соединение Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 проявляет суперпротонные свойства и обратимый воспроизводимый суперпротонный фазовый переход при температуре 115,0°С. Значение проводимости при температуре 120,0°С достигает 1 Ом-1см-1. Соединение Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 химически устойчиво до температуры 140,0°С, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа образцов до и после нагрева (фиг.1).

Данное соединение в монокристаллической форме получают кристаллизацией из водных растворов с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенных при температуре 50-75°С, методами изотермического упаривания или методом управляемого снижения растворимости. Данная методика позволяет получать монокристаллы неограниченных размеров.

Соединение Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 получают в поликристаллической форме методами твердофазного синтеза и высаливанием. Высаливание проводят спиртом из водного раствора с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенного при температуре 50-75°С, с последующей просушкой при температуре до 80°С. Твердофазный синтез проводят при соотношении компонентов CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, температуре 60-90°С, времени отжига в 120-200 часов. При твердофазном синтезе предложенные температурные параметры проведения синтеза являются оптимальными, т.к. снижение температуры синтеза приведет к многократному увеличению времени синтеза, а увеличение температуры синтеза приведет к образованию трудноудалимых примесей пиросолей.

Пример 1. Для получения монокристаллов размерами ~ 5×5×5 мм приготавливаем раствор состава: CsHSO4 - 115 г, CsH2PO4 - 145 г, Н2О - 30 мл; вымешиваем раствор в течение 7 суток при температуре 60°С. Кристаллизацию проводим от температуры 55°С медленным снижением до комнатной температуры в течение 28 суток (метод управляемого снижения растворимости).

Пример 2. Для получения 150 г поликристаллического порошка соединения Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 приготавливаем раствор аналогично п.1, к которому необходимо добавлять 96% этиловый спирт до прекращения выпадения осадка. Осадок отфильтровываем на фильтровальной бумаге с последующей сушкой при 60°С в течение 2 часов.

Концентрация спирта влияет только на степень (количество) получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, на сам процесс извлечения концентрация спирта не влияет.

Пример 3. Для получения 25 г поликристаллического порошка соединения Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 приготавливаем шихту состава CsHSO4 - 10 г, CsH2PO4 - 15 г и совместно истираем вручную или в шаровой мельнице. Подготовленную шихту мы подвергаем непрерывному отжигу при 90°С в течение 200 часов.

Сложный гидросульфатфосфат цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 может применяться в качестве суперпротонного проводника во многих областях техники (топливные элементы и ячейки, протонные насосы, газоанализаторы, конденсаторы и т.д.).

1. Способ получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, включающий приготовление водного раствора с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенного при температуре 50-75°С, с последующей кристаллизацией методом управляемого снижения растворимости с образованием монокристаллов.

2. Способ получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3, включающий приготовление водного раствора с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, насыщенного при температуре 50-75°С, высаливание Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 этиловым спиртом и последующую просушку при температуре до 80°С с образованием поликристаллического порошка.

3. Способ получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO4)2(H2PO4)3 в виде поликристаллического порошка методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4, равным 2:3, при температуре 60-90°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения ориентированных монокристаллов, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике для реализации пьезоэлектрических и нелинейно-оптических эффектов.

Изобретение относится к области кристаллографии и может быть использовано для выращивания монокристаллов гексагидрата сульфата цезия-никеля Cs2Ni(SO4)2 ·6H2O, которые предназначены для применения в качестве фильтров ультрафиолетового излучения в приборах обнаружения источников высокотемпературного пламени.

Изобретение относится к области техники, связанной со скоростным выращиванием кристаллов типа КН2РО4 (KDP) при постоянной фильтрации раствора. .
Изобретение относится к производству щелочных силикатов и может найти применение в химической промышленности в производстве моющих, чистящих, отбеливающих, дезинфицирующих средств, в текстильной, металлургической, машиностроительной, нефтеперерабатывающей и других отраслях.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов из водных растворов и может быть использовано для получения кристаллических заготовок оптических элементов для нелинейной оптики.

Изобретение относится к технике для выращивания кристаллов из водных растворов и может быть использовано для получения кристаллических заготовок оптических элементов, например, для нелинейной оптики.

Изобретение относится к области кристаллографии и может быть использовано для выращивания монокристаллов и сростков кристаллов в домашних условиях для декоративных целей.

Изобретение относится к способам получения ориентированных монокристаллов, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике для реализации пьезоэлектрических и нелинейно-оптических эффектов.

Изобретение относится к технике выращивания кристаллов из растворов солей, в частности для выращивания кристаллов группы KDP (КН2РO4), которые широко применяются для изготовления элементов нелинейной оптики.

Изобретение относится к области техники, связанной со скоростным выращиванием кристаллов типа КН2РО4 (KDP) при постоянной фильтрации раствора. .

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов из водных растворов и может быть использовано для получения кристаллических заготовок оптических элементов для нелинейной оптики.

Изобретение относится к области выращивания кристаллов точечной группы 32. .

Изобретение относится к технологии выращивания металлортофосфатов, в частности AlPO4 и GaPO4, которые могут быть использованы в пьезотехнике, а именно в резонаторах и фильтрах различного назначения.

Изобретение относится к выращиванию кристаллов с заданными формой и кристаллографической ориентацией из водных растворов. .

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из пересыщенных растворов типа КДР, ДКДР, ТГС и т.п. .

Изобретение относится к области биомедицины, конкретно к способам выращивания кристаллов кальцийфосфатов и может быть использовано в травматологии, ортопедии, стоматологии, клеточной инженерии, фармакологии.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при производстве аморфных материалов в макроскопическом объеме. .

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs523, который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала

Наверх