Оксид празеодима(III,IV)
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Оксид празеодима(III,IV) | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.676 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Пр 6 О 11 | |
| Молярная масса | 1021.44 g/mol |
| Появление | темно-коричневый порошок |
| Плотность | 6,5 г/мл |
| Температура плавления | 2183 ° C (3961 ° F; 2456 К). [1] |
| Точка кипения | 3760 ° C (6800 ° F; 4030 К) [1] |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 | |
| Предупреждение | |
| Х315 , Х319 , Х335 | |
| П261 , П305+П351+П338 | |
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 5000 мг·кг −1 Крысиный оральный |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Оксид празеодима(III,IV) представляет собой неорганическое соединение формулы Pr 6 O 11 , нерастворимый в воде. [2] Он имеет кубическую структуру флюорита . [3] Это наиболее стабильная форма оксида празеодима при окружающей среды . температуре и давлении [4]
Свойства и структура
[ редактировать ]Pr 6 O 11 имеет кубическую кристаллическую структуру флюорита , измеренную методами XRD , TEM и SEM . [3] [5] Его можно считать кислорододефицитной формой оксида празеодима (IV) ( PrO 2 ), при этом ионы Pr находятся в состоянии смешанной валентности Pr(III) и Pr(IV). [5] Именно эта характеристика придает оксиду множество полезных свойств, связанных с его каталитической активностью.
Синтез
[ редактировать ]Наночастицы оксида празеодима обычно производятся твердофазными методами, такими как термолиз, метод расплавленной соли, прокаливание или осаждение . [3] [4] [6] Однако практически все процессы включают стадию прокаливания с целью получения кристаллического продукта. Pr 6 O 11 Наночастицы .
Кальцинирование
[ редактировать ]Обычно нитрат празеодима Pr(NO 3 ) 3 ·6H 2 O [3] [5] или гидроксид празеодима Пр(ОН) 3 [7] нагревают при высоких температурах (обычно выше 500 °C) на воздухе с образованием оксида празеодима (III, IV). Хотя это менее распространено, синтез из других органических предшественников, таких как ацетат празеодима, оксалат [8] и малонат [9] также сообщалось в химической литературе.
Физические свойства приготовленных наночастиц, такие как форма частиц или параметр решетки, сильно зависят от условий прокаливания, таких как температура или продолжительность, а также от различных методов приготовления ( , прокаливание , золь-гель , осаждение например ). В результате было исследовано множество путей синтеза для получения точной желаемой морфологии. [3] [4] [5]
Использование
[ редактировать ]Оксид празеодима (III, IV) имеет ряд потенциальных применений в химическом катализе и часто используется в сочетании с промотором, таким как натрий или золото, для улучшения его каталитических характеристик. Он имеет высокую диэлектрическую проницаемость около 30 и очень низкие токи утечки. [10] что также сделало его многообещающим материалом для многих потенциальных применений в наноустройствах и микроэлектронике. [6]
Окислительная реакция метана
[ редактировать ]Оксид празеодима (III, IV), промотированный натрием или литием , демонстрирует хорошую степень конверсии метана с хорошей селективностью по отношению к этану и этилену, в отличие от нежелательных побочных продуктов, таких как диоксид углерода . [11] [12] Хотя точный механизм этой реакции все еще обсуждается, было высказано предположение, что обычно метан активируется до метилового радикала кислородом на поверхности катализатора, который соединяется с образованием этана. Этен затем образуется в результате восстановления этана либо с помощью катализатора, либо самопроизвольно. Множественные степени окисления Pr(III) и Pr(IV) позволяют быстро регенерировать активные частицы катализатора с участием пероксидного аниона. О 2- 2 . [11]
Эта реакция представляет особый интерес, поскольку она позволяет конвертировать большое количество метана (составляющего до 60% природного газа ). [11] [12] в углеводороды более высокого порядка , которые находят больше применений. В результате окислительное сочетание метана является экономически желательным процессом.
Окисление CO
[ редактировать ]В предлагаемом механизме Pr 6 O 11 катализируемое окисление CO – до CO 2 , CO сначала связывается с поверхностью катализатора, образуя бидентатный карбонат, затем преобразуется в монодентатный карбонат, который может разлагаться как CO 2 , завершая каталитический цикл. Превращение бидентатного карбоната в монодентатное оставляет на поверхности катализатора кислородную вакансию, которая может быть быстро заполнена благодаря высокой подвижности кислорода, обусловленной смешанными состояниями окисления центров Pr. Этот предложенный механизм схематически представлен ниже и адаптирован из Borchert et al. [5]
Добавление золотых промоторов к катализатору может значительно снизить температуру реакции с 550 °C до 140 °C, но механизм еще не открыт. Считается, что существует определенный синергетический эффект между золотом и оксидами празеодима(III,IV). [13]
Интерес к окислению CO заключается в его способности превращать токсичный газ CO в нетоксичный. CO 2 и применяется, например, в выхлопных газах автомобилей, которые выделяют CO. [14]
Pr 6 O 11 также используется в сочетании с другими добавками, такими как кремнезем или циркон, для производства пигментов для использования в керамике и стекле. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Наночастицы оксида празеодима (Pr6O11) – свойства, применение» . AZoNano.com . 17 апреля 2013 г. Проверено 15 марта 2018 г.
- ^ «Оксид празеодима (Pr6O11)» . www.reade.com . Проверено 15 марта 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Матович, Бранко; Пантич, Елена; Прекайски, Мария; Станкович, Надежда; Бучевац, Душан; Минович, Тамара; Чебела, Мария (2013). «Синтез и характеристика нанопорошков Pr6O11». Керамика Интернешнл . 39 (3): 3151–3155. doi : 10.1016/j.ceramint.2012.09.098 .
- ^ Jump up to: а б с Зинатлоо-Аджабшир, Сахар; Салавати-Ниасари, Масуд (2015). «Новый синтез наноструктур оксида празеодима с помощью поли(этиленгликоля) простым способом осаждения». Керамика Интернешнл . 41 (1): 567–575. doi : 10.1016/j.ceramint.2014.08.105 .
- ^ Jump up to: а б с д и Борхерт, Юлия; Сонстрем, Патрик; Вильгельм, Микаэла; Борхерт, Хольгер; Боймер, Маркус (2008). «Наноструктурированный оксид празеодима: получение, структура и каталитические свойства». Журнал физической химии С. 112 (8): 3054–3063. дои : 10.1021/jp0768524 . ISSN 1932-7447 .
- ^ Jump up to: а б Шамши Хасан, М., Шахир Ахтар, М., Шим, КБ. и др. Морфологические и электрохимические свойства кристаллических наностержней оксида празеодима. Nanoscale Res Lett 5, 735 (2010). https://doi.org/10.1007/s11671-010-9547-8
- ^ Ма, Лин; Чен, Вэйсян; Чжао, Цзе; Чжэн, Ифэн; Ли, Сян; Сюй, Жуде (2007). «Микроволновой синтез наностержней гидроксида празеодима и термическое преобразование в оксидные наностержни». Материалы писем . 61 (8–9): 1711–1714. дои : 10.1016/j.matlet.2006.07.116 .
- ^ Хусейн, Гамаль А.М. (1994). «Образование оксида празеодима в результате термического разложения гидратов ацетата и оксалата празеодима». Журнал аналитического и прикладного пиролиза . 29 (1): 89–102. дои : 10.1016/0165-2370(93)00782-i .
- ^ Мураиси, Кадзуо; Ёкобаяси, Хироко; Нагасе, Кензо (1991). «Систематика термических реакций малонатов лантаноидов Ln 2 (C 3 H 2 O 4 ) 3 *nH 2 O в твердом состоянии». Термохимика Акта . 182 (2): 209–217. дои : 10.1016/0040-6031(91)80006-5 .
- ^ Остен Х.Дж., Лю Дж.П., П. Гавожевски, Э. Бугель, Заумсейл П: Технический дайджест IEDM 653. 2000.
- ^ Jump up to: а б с ГЭФФНИ, А (1988). «Окислительное сочетание метана с натрием способствует оксиду празеодима». Журнал катализа . 114 (2): 422–432. дои : 10.1016/0021-9517(88)90045-0 .
- ^ Jump up to: а б Пуарье, Мишель Г.; Бро, Раймонд; Калиагин, Серж; Адно, Ален (1991). «Окислительное сочетание метана на катализаторах на основе оксида празеодима». Прикладной катализ . 71 (1): 103–122. дои : 10.1016/0166-9834(91)85009-к .
- ^ Хуанг, Пикси; Ву, Ф.; Чжу, БЛ; Ли, гр.; Ван, ЮЛ; Гао, XP; Чжу, HY; Ян, Тайвань; Хуанг, WP (01 февраля 2006 г.). «Гидрооксид и оксидные наностержни празеодима и наностержневые катализаторы Au/Pr6O11 для окисления CO». Журнал физической химии Б. 110 (4): 1614–1620. дои : 10.1021/jp055622r . ISSN 1520-6106 . ПМИД 16471724 .
- ^ Ким, Иль Хи; Со, Хён Ок; Пак, Ын Джи; Хан, Сан Ук; Ким, Ён Док (16 января 2017 г.). «Низкотемпературное окисление CO наночастицами оксида железа, украшающими внутренние структуры мезопористого глинозема» . Научные отчеты . 7 : 40497. Бибкод : 2017НатСР...740497К . дои : 10.1038/srep40497 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5238452 . ПМИД 28091561 .
- ^ Кар, Дж. К.; Стивенс, Р.; Боуэн, CR (2005). «Обработка и характеристика пигментного порошка Pr – циркон». Достижения прикладной керамики . 104 (5): 233–238. Бибкод : 2005AdApC.104..233K . дои : 10.1179/174367605X16699 . S2CID 55057492 .