98% целевого продукта: ученые разработали новые методы синтеза сульфата европия
Многие соединения редкоземельного элемента европия обладают люминесцентными, каталитическими и магнитными свойствами. Например, сульфат европия способен активно флюоресцировать, даже если его облучить незначительным количеством ультрафиолета. Это соединение можно использовать для изготовления современных люминофоров, в частности люминесцентных пигментов, которые способны долго светиться. Для существующих способов получения сульфата европия характерны такие недостатки, как необходимость строгого контроля температуры, длительность процесса и низкое количество целевого продукта на выходе.
Группа исследователей из России и Германии, в состав которой вошли ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», разработала два эффективных метода синтеза сульфата европия в виде порошков. В качестве исходных материалов использовались стабильные соединения сульфида европия. В обоих методах выход целевого продукта составляет 98–99 %.
В первом способе для получения сульфата европия исследователи добавляли к сульфиду европия раствор серной кислоты. После завершения реакции от жидкости выделяют осадок, промывают, фильтруют и просушивают. Реакция занимает около 30 минут. Чтобы сократить время, ученые решили проводить ее в ультразвуковой ванне. Под воздействием ультразвуковых колебаний реакция протекает значительно быстрее и занимает не более двух минут.
Во втором разработанном методе синтез проводили в две стадии. Сначала сульфид европия диспергировали в дистиллированной воде и растворяли в концентрированной соляной кислотой. Затем в раствор добавляли серную кислоту, получая осадок — белый порошок сульфата европия.
«Востребованность данной работы связана с разработкой эффективных, относительно простых и масштабируемых методов получения полифункциональных материалов. В нашей работе получено значение ширины запрещенной зоны сульфата европия, которая почти в три раза больше, чем у сульфида европия. Это позволяет использовать сульфат в качестве оптически прозрачного материала, в то время как сульфид европия - фактически чёрный. Наша команда получала сульфат европия двумя независимыми способами: прямым взаимодействием с концентрированной серной кислотой и через промежуточный продукт - хлорид европия. Такие варианты синтеза влияют на скорость взаимодействия и концентрацию серной кислоты, необходимую для полного превращения сульфида в сульфат европия. Представленные способы позволяют получить продукт высокой степени чистоты в достаточно короткие сроки. Это связано с отсутствием кинетических препятствий в восстановлении иона европия, который имеет место во всех других методах. Полная переработка исходного соединения в целевой продукт обеспечивает его высокий выход – 98–99 %. Незначительные потери связаны с фильтрацией. Полученные данные имеют фундаментальное значение и могут быть полезны для работы с материалами, относящимися к двухвалентному соединению европия», — рассказал Александр Орешонков кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН».
Пресс-релиз подготовлен группой научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН(http://ksc.krasn.ru/news/)