Hydrothermal synthesis and characterization of transition metal oxides

Abstract

oz Hidrotermal yöntemin yeni metal oksit ve vanadatlarm sentezi için çok iyi bir yöntem olduğu kanıtlandı. Bu çalışma yeni kurşun klorovanadat bileşiğinin (PbVC^Cl) ve bilinen alkali metal trivanadat (KV3O8) bileşiğinin hidrotermal yöntem ile sentezini açıklamaktadır. Bu yöntem birçok metal oksit bileşiğinin sentezinde kullanılmıştır. Hidrotermal yöntem maddeleri çözmek ve kristallendirmek için yüksek basınç ve sıcaklık altında sulu çözeltilerin kullanılmasıdır. İlginç yapısal ve fiziksel özelliklere sahip bileşikler genellikle katı hal bileşiklerinin düşük sıcaklık sentez yöntemlerinden birisi olarak bilinen bu teknik ile elde edilir. Pb-V-0 sistemlerindeki oksitler üzerine yapılan birçok çalışma vardır. Ayrıca Pb-V-0 sisteminde Pb, V, ve O içeren Pbu2V8j5Oi6.7, PbV6On, PbV206, Pb2V308.5, and a-PbxV2C>5 bronzes (x = 0.3) gibi birçok vanadyum oksit bulunmaktadır. Düşük sıcaklıkta vanadyum oksit sentezleme girişimlerinde iğne şekilli san PbVCbCl kristalleri sentezlendi. Doğada aynı elementlere sahip kombatite (Pbi4(V04)209Cİ4) adlı mineral bulunmaktadır. Yeni kurşun klorovanadat (PbVOsCl) NaVC>3 and PbCh'nin borik asit sulu çözeltisindeki reaksiyonundan elde edildi. Bu bileşik borik asit çözeltisi ile dolu otoklav içerisinde hazırlandı ve 170°C de 3 gün boyunca ısıtıldı. Bileşik Pnma space grubunda ve ortorombik sistemdedir. Hücre boyutları aşağıdaki gibidir: a = 10.022(2) Â, b = 5.2875(11) Â, c = 7.1714(14) Â, a=p=y= 90°, V= 380.00(13) Â3 (T = 293 K). [V05] kare piramitlerinden ve [PbCljoo tabakalarından oluşmaktadır. Trans konfıgürasyonlu kenar paylaşımlı VO5 piramitleri [VO3] n zincirlerinden oluşmaktadır. Bu bileşik daha önce Borel ve arkadaşları tarafından belirtilmiş olan BaVCbCl and SrVC^Cl ile izoyapısaldır [58]. Ayrıca bilinen alkali metal trivanadat bileşiğinin single kristalleride (KV3O8) hidrotermal yöntem ile sentezlendi. KV3O8 bileşiği KVO3 ve PbCİ2 karışımının 1.66M'lık B(OH)3 çözeltisindeki 170° C de 3 gün süren reaksiyonu sonunda elde edildi. Space grubu P2(l)/m, kristal sistemi ise monokliniktir. Hücre boyutları aşağıdaki gibidir: a = 4.9664(10) Â, b = 8.3600(17) Â, c = 7.5982(15) Â, a=y= 90°, (3=96.643(3)°, V= 313.35(11) Â3 (T = 293(2) K). Hekzagonal şekilli turuncu KV308 kristallerioktahedral VOö ve kare piramidal VO5 içeren V3O8 katmanlanndan oluşan katmanlı bir yapıya sahiptir.

ABSTRACT Hydrothermal method has proven to be an excellent method for the synthesis of novel metal oxides and vanadates. This research pertains to the synthesis of novel lead chlorovanadate compound and of a known alkali metal trivanadate compound, KV3O8 by hydrothermal method. This method has been used to synthesize many inorganic oxide compounds. Hydrothermal synthesis is the use of aqueous solvents under high temperature and high pressure to dissolve and recrystallize materials. Compounds with interesting structure and physical properties are often obtained from this technique that is known as one of the low-temperature synthesis techniques for solid state compounds. There are many studies that have been done on oxides in the Pb-V-0 systems. There are also many vanadium oxides containing Pb, V, O elements in Pb-V-0 system such as Pbi.32V8.35Oi6.7, PbV6On, PbV206, Pb2V308.5, and a-PbxV205 bronzes (x = 0.3). In an attempt to synthesize vanadium oxides at low temperature, we were able to obtain needle shaped yellow crystals of PDVO3CI. In the nature, there is a kombatite mineral, PbnCVO^OçCU, with the same composition of elements. A new lead chlorovanadate, PbVOsCl, was obtained from the reaction of NaV03 and PbCl2 in aqueous solution of B(OH)3. The compound was prepared in an autoclave that was filled with aqueous solution of B(OH)3 and heated at 170°C for 3 days. The compound crystallizes in the space group Pnma of the orthorhombic system with formula units in a cell of dimensions a = 10.022(2) Â, b = 5.2875(1 1) Â, c = 7.1714(14) Â, a=p=y= 90°, V= 380.00(13) Â3 (T = 293 K). It is composed of square pyramidal [VO5] chains and [PbCl]» sheets. The edge-sharing VO5 pyramids with a trans configuration were formed by [VO3] n chains. This compound is isostructural to BaV03Cl and SrV03Cl reported by Borel et.al [58]. The single crystals of a known alkali metal trivanadate compound, KV3O8, were also synthesized by hydrothermal method. The compound KV3O8 has been prepared by hydrothermal synthesis at 170° C for 3 days from KVO3, PbCl2 and in 1.66M of B(OH)3 solution. Its structure crystallizes in monoclinic crystal system with space group P2(l)/m with formula units in a cell of dimensions a = 4.9664(10) Â, b = 8.3600(17) Â, c = 7.5982(15) Â, a=y= 90°, p=96.643(3)°, V= 313.35(11) Â3 (T = 293(2) K). Theorange hexagonal plate-shaped crystal, KV3O8, consists of a layered structure with V3O8 layers consisting of VOö octahedra and VO5 square pyramids.