Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (6), 660–671
Synthesis under hydrothermal conditions and structural transformations of nanocrystals in the LaPO4-YPO4-(H2O) system
Maria O. Enikeeva – Ioffe Institute, 194021 St. Petersburg; St. Petersburg State Institute of Technology, 190013 St. Petersburg, Russia; odin2tri45678@gmail.com
Olga V. Proskurina – Ioffe Institute, 194021 St. Petersburg; St. Petersburg State Institute of Technology, 190013 St. Petersburg, Russia; proskurinaov@mail.ru
Evgeny Yu. Gerasimov – Federal Research Center, Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk 630090, Russia; gerasimov@catalysis.ru
Vladimir N. Nevedomskiy – Ioffe Institute, 194021 St. Petersburg, Russia; nevedom@mail.ioffe.ru
Victor V. Gusarov – Ioffe Institute, 194021 St. Petersburg, Russia; gusarov@mail.ioffe.ru
Corresponding author: M.O. Enikeeva, odin2tri45678@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-6-660-671
ABSTRACT Structural transformations of nanocrystals in the LaPO4-YPO4-(H2O) oxide system were investigated under hydrothermal conditions at 230 °C, depending on isothermal holding times (2 hours, 7 days and 28 days). It was shown that before hydrothermal processing, phases crystallize in the system with rhabdophane structures La1-xYxPO4·nH2O (0 ≤ x ≤ 0.80) and xenotime YPO4. It has been determined that increasing the duration of isothermal treatment under hydrothermal conditions leads to the transformation of the rhabdophane phase into phases with monazite and equilibrium xenotime structures, with an intermediate crystallization of the metastable monazite phase. It is noted that only after 28 days of hydrothermal treatment at 230 °C, the system approaches the equilibrium composition of the phases with monazite structures La0.97Y0.03PO4 (with crystal sizes of 18–50 nm) and xenotime YPO4 (with crystal sizes of 45–90 nm). In a single-phase sample with a monazite structure La0.75Y0.25PO4, the average crystal size remains unchanged at around 20 nm after 2 hours, 7 days and 28 days of hydrothermal treatment at 230 °C.
KEYWORDS nanocrystals, monazite, xenotime, rhabdophane, structural transformations, yttrium phosphate, lanthanum phosphate.
ACKNOWLEDGEMENTS Powder XRD measurements, Rietveld refinement of crystal structures and EDX analysis have been carried out with using the equipment and software of the Engineering Department of the St. Petersburg State University of Technology (Technical University). TEM investigations carried out with using the equipment of the Joint Research Center ’Materials science and characterization in advanced technology’ (Ioffe Institute, St. Petersburg) and HRTEM study was carried out using the facilities of the “National center of investigation of catalysts” at Boreskov lnstitute of Catalysis. The present work of M.O.E., O.V.P. and V.V.G. was supported by the Russian Science Foundation (project no. 21-13-00260).
FOR CITATION Enikeeva M.O., Proskurina O.V., Gerasimov E.Yu., Nevedomskiy V.N., Gusarov V.V. Synthesis under hydrothermal conditions and structural transformations of nanocrystals in the LaPO4–YPO4–(H2O) system. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (6), 660–671.
[In Russian] М.О. Еникеева, О.В. Проскурина, Е.Ю. Герасимов, В.Н. Неведомский, В.В. Гусаров
Синтез в гидротермальных условиях и структурные трансформации нанокристаллов в системе LaPO4-YPO4-(H2O)
УДК 54-165.2, 544(344+228)
АННОТАЦИЯ Исследованы структурные трансформации нанокристаллов в оксидной системе LaPO4-YPO4-(H2O) в гидротермальных условиях при 230 °C в зависимости от продолжительности изотермической выдержки (2 часа, 7 суток и 28 суток). Показано, что до гидротермальной обработки в системе кристаллизуются фазы со структурами рабдофана La1-xYxPO4·nH2O (0 ≤ x ≤ 0.80) и ксенотима YPO4. Определено, что увеличение продолжительности изотермической выдержки в гидротермальных условиях приводит к трансформации фазы со структурой рабдофана в фазы со структурами монацита и ксенотима равновесного состава с промежуточной кристаллизацией метастабильной фазы монацита. Отмечено, что только после 28 суток гидротермальной обработки при 230 °C система приближается к равновесному составу фаз со структурами монацита La0.97Y0.03PO4 (с размерами кристаллитов 18-50 нм и ксенотима YPO4 (с размерами кристаллитов от 45-90 нм). В однофазном образце со структурой монацита La0.75Y0.25PO4 после 2 часов, 7 суток и 28 суток ГТО при 230 °С средний размер кристаллитов не изменяется и составляет около 20 нм.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА нанокристаллы, монацит, ксенотим, рабдофан, структурные трансформации, фосфат иттрия, фосфат лантана
