РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Матеріали, хімічні реагенти та розчинники, що використовуються
Для одержання мезопористих кремнеземних матриць як джерело кремнезему використовували - аеросил (А-300), тетраетоксисилан (ТЕОС). Як прекурсор титану брали тетраізопропоксититан (TiPOT). В якості міцелярних темплатів застосовували коротко - та довголанцюгові катіонні поверхнево-активні речовини (ПАР).
Таблиця 2
Реагенти, що використовували для синтезу мезопористих кремнеземів [109-111]
№РечовинаСтруктурна
формулаУмовне
позначенняМолекулярна масаГус-тина,
d420tкип.,
?С12345671аеросилSiO2602тетраетоксисилан "Кремнійполімер", Запоріжжя, х.ч.) (C2H5O)4SiТЕОС2080,93165,53тетраметиламоній бромистий (Реахім, ч.д.а.)(CH3)3NBrTMABr153,9--4октадецилтри-
метиламоній
хлорид (Fluka)C18H37(CH3)3NClC18TMACl348,05--
Продовження табл. 2
12345675гексадецил-триметиламоній бромід (Aldrich)C16H33(CH3)3NBrC16TMABr364,46--6тетрадецил-триметиламоній бромід (Aldrich)C14H29(CH3)3NBrC14TMABr336,41--7аміак (Реахім, ч.д.а.)28 % NH3NH4OH17,030,8988тетраізопропокси-титан (Merck)C12H28O4TiTiPOT284,250,979соляна кислота
(Реахім, х.ч.)38 % HClHCl36,461,189
г/см3 водн.р-ну HCl10ізопропанол
(Реахім, х.ч.)(CH3)2CHOH(CH3)2CHOH60,100,78982,211етанолC2H5OHC2H5OH46,070,78978,3717бензол (Реахім, ч.д.а.)C6H6C6H678,110,87980,118сульфанілова кислота (Реахім, ч.д.а.)H2NC6H4SO3HC6H7SO3N173,19--19фенол (Реахім, ч.д.а.)C6H5OHC6H5OH94,111,071181,220сірчана кислота (Реахім, х.ч.)96 % H2SO4H2SO498,071,83336,521нітрит натрію (Реахім, х.ч.)NaNO2NaNO269,0-- 2.2. Методи дослідження
Метод дифракції рентгенівських промінів (рентгенофазовий аналіз (РФА))
РФА - один із основних методів дослідження однорідномезопористих матеріалів типу MCM-41, тому доцільно проаналізувати особливості його застосування для визначення просторової симетрії матеріалу.
Метою рентгенофазового аналізу є ідентифікація речовини за набором міжплощинних відстаней (d) відповідних ліній на рентгенограмі. З математичного виразу закону Брегга (sin?=n?/2d) слідує, що дифракційний максимум виникає при відбиванні первинного рентгенівського проміння від даної системи атомних площин під кутом ? при дотриманні умови рівності різниці ходу відбитих променів величині n? (де n = 1, 2, 3...). Якщо пучок рентгенівських променів падає на відповідний набір площин під кутом, для якого виконується відповідність Брегга, тоді з матеріалу буде виходити єдиний вторинний пучок. Кут між кожним пучком, що відбивається, та пучком випромінювання, що падає, визначається відстанню між розсіюючими площинами [112-114].
Реєстрацію картини дифракції рентгенівського проміння досліджуваними зразками проводили за допомогою дифрактометра "ДРОН-3М". Рентгенівський дифрактометр "ДРОН-3" - дифрактометр загального призначення - призначений для проведення широкого кола високопрецизійних та експресних досліджень. Рентгенівський пучок проходить через систему щілин Солера та щілин, що формують робочий пучок в горизонтальному та вертикальному направленнях, і падає на досліджуваний зразок. Дифраговане проміння через другу систему щілин Солера та аналітичну щілину попадає в детектор [115]. Для одержання дифракційної картини використовується метод Дебая-Шерера, за яким нерухомий зразок опромінюється рентгенівським промінням. Інформацію одержують у вигляді дифрактограми - графіка залежності інтенсивності дифрагованого проміння від подвоєного брегівського кута (2?). В роботі використовували CuK? та FeK? випромінювання, щілини шириною 1 мм та 2 мм та нікелевий фільтр. Спектри реєстрували у діапазоні кутів 2? від 1 до 30?.
Як відомо [11, 116] дифрактограми мезопористих матеріалів типу МСМ-41 з гексагональною структурою, матеріалів типу МСМ-48 з кубічною просторовою симетрією та матеріалів типу МСМ-50 з ламелярною будовою пор містять обмежену кількість рефлексів в малокутовій області. Для визначення просторової симетрії мезопористого матеріалу проводять індексування ліній дифрактограми, тобто визначають індекси Міллера hkl для кожної її лінії. Для цього в першу чергу вимірюють величини дифракційних кутів всіх рефлексів, що проявляються на дифрактограмі. З одержаних величин дифракційних кутів за рівнянням Брегга [112]:
2d·sin? = n?, (2.1)
де ? ? довжина хвилі K? випромінювання (?CuK? = 1,5418 [21, 23, 39], ?FeK? = 1,9373 [117]), обчислюють відстані між атомними площинами (d). Слід зауважити, що окрема кристалічна мезофаза (гексагональна, кубічна, ламелярна) характеризується своїм набором індексів Міллера та їх величинами , які розраховують при розділенні 1/d2 кожної окремої лінії на 1/d2 першої лінії дифрактограми. В результаті одержують ряд цілих чисел, наявність в якому чисел 1, 3, 4, 7 є ознакою гексагональної сингонії і визначальним фактором для оцінки просторової будови синтезованих матеріалів. Індекси Міллера для зони hk0 гексагональної сингонії першої лінії дифрактограми - 100, другої - 110, третьої і четвертої - 200 та 210, відповідно. Для розрахунку теоретичних значень міжплощинних відстаней (d) для синтезованих матеріалів типу MCM-41 виконували наступну математичну операцію:
, (2.2)
де - значення величини відповідної hk0 дифракційної лінії, - значення міжплощинної відстані (100).
Крім того, для кожної з вищеназваних мезофаз існує певне рівняння для визначення періоду гратки (параметра елементарної комірки - a). Елементарна комірка представляє собою найменший об'єм матеріалу, який можна вибрати в якості одиниці, що включає всю інформацію відносно структури та симетрії матеріалу [114]. Параметр елементарної комірки мезопористих матеріалів типу MCM-41 обчислюють за рівнянням [11, 23, 31, 38, 118]: