07

Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 781–792

Phase formation and thermal analysis in the LaPO₄–GdPO₄–H₂O system

Maria O. Enikeeva – Ioffe Institute, St. Petersburg; Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov of National Research Centre “Kurchatov Institute” – Institute of Silicate Chemistry, St. Petersburg, Russia; i@odin2tri.ru
Kseniya A. Zhidomorova – Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named after B.P. Konstantinov of National Research Centre “Kurchatov Institute” – Institute of Silicate Chemistry, St. Petersburg; St. Petersburg State Institute of Technology, St. Petersburg, Russia; zhidomorovak@gmail.com
Dmitriy P. Danilovich – St. Petersburg State Institute of Technology, St. Petersburg, Russia; dmitrydanilovich@gmail.com
Vladimir N. Nevedomskiy – – Ioffe Institute, St. Petersburg; nevedom@mail.ioffe.ru
Olga V. Proskurina – Ioffe Institute, St. Petersburg; St. Petersburg State Institute of Technology, St. Petersburg, Russia; proskurinaov@mail.ru
Victor V. Gusarov – – Ioffe Institute, St. Petersburg; gusarov@mail.ioffe.ru

Corresponding author: M.O. Enikeeva, i@odin2tri.ru

DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-6-781-792

ABSTRACT Structural transformations of nanocrystals in the LaPO₄–GdPO₄–(H₂O) system under hydrothermal conditions at 230 °C were studied depending on the duration of isothermal holding (2 hours, 3 days, and 5 days). It has been shown that a phase with the rhabdophane-like structure, La_1-xGd_xPO₄ · nH₂O
(0.00 ≤ x ≤ 1.00), exhibits a weighted average crystallite size of 4–7 nm and crystallizes in the system prior to hydrothermal treatment. As a result of hydrothermal treatment, samples in the LaPO₄–GdPO₄–(H₂O) system are completely transformed into a phase with a monazite structure within five days, with the slowest transformation observed for gadolinium orthophosphate. It was found that nanoparticles with a rhabdophane structure, GdPO₄ · nH₂O, possess a single-crystal structure. The thermal analysis data indicated that the samples obtained via the precipitation method contain an X-ray amorphous phase and impurity compounds. The onset temperature of the structural transformation from rhabdophane to monazite, as well as the number of water molecules in the rhabdophane-like structure, depends on the chemical composition of the compound, particularly with regard to the isomorphic substitution of lanthanum cations with gadolinium cations.

KEYWORDS solid solution, rhabdophane structure, thermal analysis, structural transformations.

ACKNOWLEDGEMENTS X-ray diffraction studies were carried out in the laboratory of new inorganic materials (Ioffe Institute). Scanning electron microscopy and DTA/TG studies were carried out on the instruments of the Engineering department of the Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University). The work of M.O.E. was carried out with the support of the Russian Science Foundation project No. 24-13-00445.

FOR CITATION Enikeeva M.O., Zhidomorova K.A., Danilovich D.P., Nevedomskiy V.N., Proskurina O.V., Gusarov V.V. Phase formation and thermal analysis in the LaPO₄–GdPO₄–H₂O system. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 781–792.

Download

Supplementary material

[In Russian] М.О. Еникеева, К.А. Жидоморова, Д.П. Данилович, В.Н. Неведомский, О.В. Проскурина, В.В. Гусаров

Фазообразование и термический анализ в системе LaPO₄–GdPO₄–H₂O

УДК 54-165.2, 544(344+228)

АННОТАЦИЯ Исследованы структурные трансформации нанокристаллов в оксидной системе LaPO₄–GdPO₄–(H₂O) в гидротермальных условиях при 230 °C в зависимости от продолжительности изотермической выдержки (2 часа, 3 суток и 5 суток). Показано, что в системе до гидротермальной обработки кристаллизуется фаза со структурой рабдофана
La_1-xGd_xPO₄·nH₂O (0.00≤x≤1.00) со средневзвешенным значением размеров кристаллитов 4-7 нм. В результате гидротермальной обработки образцы в системе LaPO₄-GdPO₄-(H₂O) полностью трансформируются в фазу со структурой монацита за пять суток, медленнее всего процесс трансформации наблюдается для ортофосфата гадолиния. Определено, что наночастицы со структурой рабдофана GdPO₄·nH₂O имеют монокристаллическое строение. Методом синхронного термического анализа показано, что образцы, полученные методом осаждения, содержат рентгеноаморфную фазу и примесные соединения, температура структурного превращения рабдофан→монацит и количество молекул воды в структуре рабдофана зависит от химического состава соединения при изоморфном замещении катиона лантана на катион гадолиния.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА твердый раствор, структура рабдофана, термический анализ, структурные трансформации