SI24659A - Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave - Google Patents

Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave Download PDF

Info

Publication number
SI24659A
SI24659A SI201400111A SI201400111A SI24659A SI 24659 A SI24659 A SI 24659A SI 201400111 A SI201400111 A SI 201400111A SI 201400111 A SI201400111 A SI 201400111A SI 24659 A SI24659 A SI 24659A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
zirconium
zirconium oxide
tetragonal
thin layer
synthesis
Prior art date
Application number
SI201400111A
Other languages
English (en)
Inventor
Miran MOZETIČ
Nikolas Panagiotopoulos
Giorgos A. Evangelakis
Original Assignee
Institut "Jožef Stefan"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut "Jožef Stefan" filed Critical Institut "Jožef Stefan"
Priority to SI201400111A priority Critical patent/SI24659A/sl
Priority to PCT/SI2015/000012 priority patent/WO2015142295A1/en
Publication of SI24659A publication Critical patent/SI24659A/sl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/066Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/847Vanadium, niobium or tantalum or polonium
    • B01J23/8474Niobium
    • B01J35/39
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/346Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3464Sputtering using more than one target
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58After-treatment
    • C23C14/5826Treatment with charged particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58After-treatment
    • C23C14/5846Reactive treatment
    • C23C14/5853Oxidation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3426Material
    • H01J37/3429Plural materials

Abstract

Pričujoči izum sodi v področje metod za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, pri čemer inovativna metoda vsebuje interakcijo med tankimi plastmi cirkonija ali materialov, ki vsebujejo cirkonij, z reaktivnim plinom, ki vsebuje kisik, pri povišani temperaturi in ob prisotnosti oscilirajočega magnetnega polja. Pričujoči izum omogoča izdelavo tetragonalnega cirkonijevega oksida in njegovo uporabo za obdelavo nevarnih organskih plinov ali tekočin.

Description

Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave
Področje tehnike
Izum sodi v področje metod za sintetiziranje stabilnega tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, z vnaprej določeno površinsko morfologijo in z uporabo takih plasti kovinskih zlitin. Prav tako sodi v področje obdelave tovrstnih zlitin z reaktivnim plinom ob prisotnosti močnih magnetnih polj.
Ozadje izuma
Cirkonijev oksid in katalitični materiali, ki temeljijo na cirkonijevem oksidu, so bili podrobno predstavljeni in uporabljeni v različnih aplikacijah kot so:
- zaščitne prevleke [Heiroth in sod., Acta Mater. 59, 2330 (2011)],
- dielektrične prevleke z visokim lomnim količnikom [US8026161 ],
- optične prevleke [Xiao in sod., Vacuum 83, 366 (2009)],
- katalitične prevleke za izpušne pline vozil [Alphonse in Ansart, J. Colloid Interf. Sci. 658, 336 (2009); US5532198],
- elektrolitični materiali v oksidnih gorivnih celicah [Amezaga-Madrid in sod., J. Alloy Comp. 536S, S412 (2012)],
- optični valovni vodniki [US7292766], in
- polprevodniške spominske naprave z ZrO2 dielektričnimi prevlekami [US7491654].
Poleg tega cirkonijev oksid izkazuje tudi dobro fotokatalitično aktivnost, zaradi česar se uporablja v katalitičnih aplikacijah, kot je bilo opisano v patentnih dokumentih US5532198 in US0039814, ter v članku »Heterogeneous photocatalysis: State of the art and present applications« avtorja J.-M. Herrmanna [Top. Catal. 34, 49 (2005)].
Fotokatalitično aktivnost trdnega materiala določata dve fizikalni lastnosti: širina optičnega prepovedanega pasu, ki je določena kot energijska razlika med valenčnim in prehodnim pasom, in kristalna struktura trdne snovi. Vpliv optičnega prepovedanega pasu pri fotokatalitičnih procesih se odraža, kadar polprevodniški material obsevamo z izvorom svetlobe, ki seva fotone z energijo večjo od širine prepovedanega pasu, kot na primer obsevanje z UV svetlobo iz ksenonske luči ali obsevanje s sončno svetlobo. V teh primerih elektroni iz valenčnega pasu prehajajo v prevodni pas tako, da ustvarijo par elektron-vrzel. Posledica tovrstnega pojava je polarizacijski potencial na površini trdnega materiala, saj sta elektron in vrzel ločena s prepovedanim pasom. V kolikor je polarizacijski potencial dovolj velik, lahko povzroči oksidacijo ali pa redukcijo različnih kemijskih snovi [US0039814]. Druga fizikalna lastnost, ki določa fotokatalitično aktivnost trdne snovi, je njena kristalna struktura. To je posledica nastanka različnih energetskih nivojev v valenčnem in prevodnem pasu fotokatalitičnega materiala, ki se razlikujejo glede na elektronsko konfiguracijo materialov z različno kristalno strukturo. Zaradi tega imajo lahko enaki materiali s podobnimi vrednostmi prepovedanega pasu različne fotokatalitične učinke, kot je to primer pri monoklinskem in tetragonalnem ZrC>2 [Gao in sod., Chem. Mater. 16, 2615(2004)].
Metoda za preučevanje in določanje fotokatalitičnih aktivnosti je fotokatalitična aktivnost v vodnih raztopinah. Tovrstne meritve se izvajajo pri stalni temperaturi v cevi, ki je prepustna za UV sevanje. V cev namestimo katalitični material v obliki vodne raztopine, ki vsebuje tako katalizator kot tudi molekule, ki jih je potrebno katalizirati. Pred UV obsevanjem je potrebno sistem pustiti v temnem prostoru za 30 minut, s čimer dosežemo absorpcijsko ravnovesje na površini fotokatalitičnega materiala. Po tem fotokatalitični material obsevamo z UV izvirom, na primer ksenonsko lučjo, pri čemer filtriramo kakršnokoli infrardeče sevanje, s čimer se izognemo ogrevanju fotokatalitičnega materiala. Tako začetne kot katalizirane raztopine se analizira s tekočinsko kromatografijo, s čimer se lahko določi izkupiček katalize z uporabljenim fotokatalitičnim materialom.
• ·
Fotokatalitična aktivnost se za vsak fotokatalitični material razlikuje. Najbolj pogosto uporabljena oksida prehodnih kovin, ki izkazujeta visoko stopnjo fotokatalitične aktivnosti sta TiO2 v obliki anatasa in ZrO2 v tetragonalni obliki. Raziskave objavljene v člankih avtorjev Bethke in sod. [Catal. Lett. 25, 37 (1994)], Lo in sod. [Sol. Energ. Mat. Sol. C. 91, 1765 (2007)] ter Chien in sod. [J. Hazard. Matter. 151,461 (2008)] so pokazale, da izkazuje cirkonij visoko fotokatalitično aktivnost za katalizo nevarnih ogljikovodikov, kloridov in nitridov, kot so CH4, C2H6, HCHO, CH3OH, in HCOOH, CCI4, NOX.
Cirkonijev oksid se lahko nahaja v različnih oblikah, to je v monoklinski kristalni obliki, v tetragonalni obliki, v obliki tankih plasti ali v prahu. Ne glede na obliko je stabilizacija cirkonijevega oksida izjemno zahtevna, prav tako pa je omejeno tudi znanje o nastanku cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, ki bi imel izboljšano fotokatalitično aktivnost.
Ena od poglavitnih prednosti stabiliziranega cirkonijevega oksida v tanki plasti je dejstvo, da ga je mogoče nanesti na različne tehnološke izdelke in komponente, kot na primer na industrijske cevi, dele vozil, strehe in okna, s čimer omogočijo fotokatalitično uničenje nevarnih molekul, ki so lahko prisotne v atmosferi ali pa nastanejo v industriji. Naslednja velika prednost cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti je zmožnost preprostega čiščenja, kadar pride do kontaminacije med uporabo, pri čemer tovrstno čiščenje ne povzroči izgube fotokatalitične aktivnosti. Tovrstne izgube so sicer značilne za cirkonijev oksid v obliki prahu.
Tehnični problem, ki ga pričujoči izum rešuje, je zasnova metode sinteze stabilnega tetragonalnega cirkonijevega oksida v tankih plasteh, ki bo imel izboljšane fotokatalitične lastnosti in bo primeren za industrijsko sintezo ter uporabo.
Rešitev tehničnega problema naj omogoča uporabo tetragonalnega cirkonijevega oksida v tankih plasteh sintetiziranega po metodi po izumu pri fotokatalitičnih procesih, pri čemer naj bo metoda hitra, cenovno ugodna, primerna za industrijske aplikacije, sintetizirani material pa naj ima izboljšane lastnosti.
Znano stanje tehnike
Tetragonalni cirkonijev oksid v obliki tankih plasti ali v prahu se najpogosteje stabilizira z različnimi aliovalentnimi dopanti kot so na primer Y3+, Ca2+ in Na+ ale cello tetravalentni Si4+, Ce4+, Ge4+ in pentavalentni Nb5+, Ta5+. Ključni del za stabilizacijo je nižja valenca ali večja vsebnost (v primerjavi z Zr4+ ioni) in po trenutnem prepričanju se to zgodi preko zamenjave teh ionov z aliovalentinimi ioni, kar vodi k nastanku primanjkljaja kisika. Primanjkljaj kisika pa povzroči nastanek polihidronov z osmimi koordinatami, ki je mnogo bližje simetriji tetragonalnega cirkonijevega oksida [Ray in sod., J. Am. Ceram. Soc. 86, 514 (2003); Ray in sod., Mater. Lett. 53, 145 (2002)] kadar uporabimo dopante z nižjo valenco ali višjo velikostjo (Nb, Ta, V) [Gopalakrishnan in Ramanathan, J. Mater. Sci. 46, 5768 (2011)]. Tovrstna stabilizacija nastane zaradi dveh razlogov: a) matrica cirkonijevega oksida je bolj pozitivno nabita, tako da nastane 8-koordinatna simetrija, prav tako pa močne vezi med Ta-0 ali Nb-O-Zr prepreči re-orientacijo atomov, kar bi sicer vodilo k nastanku stabilne monoklinske kristalne strukture ZrO2 pri sobni temperaturi; b) stabilizacija tetragonalnega cirkonijevega oksida se lahko doseže tudi z majhnimi dopanti z nizko valenco. To se zgodi zaradi tega, ker nastane primanjkljaj kisika in manjše enotne celice promovirajo nastanek tetragonalne faze, ki ima manjši volumen enotne celice kot monoklinski cirkonijev oksid [Ramaswamy in sod., Catal. Today 97, 63 (2004)].
Sinteza in rast stabilnega tetragonalnega cirkonijevega oksida pri sobni temperaturi je bila opisana v več člankih in patentnih dokumentih.
Tang in sod., [J. Am. Chem. Soc. 130, 2676 (2008)] ter Sato in sod., [J. Am. Chem. Soc. 132, 2538 (2010)] so opisali sintezo in stabilizacijo cirkonijevega oksida pri sobni temperaturi v obliki prahu.
Chen in sod. [Scripta Mater. 68, 559 (2013)] so opisali sintezo tankega filma iz stabilnega nosilnega tetragonalnega ZrO2 pri sobni temperaturi brez dopantov. Sonderby in sod. [Surf. Coat. Tech. 206, 4126 (2012)] in Garcia in sod. [Thin Solid Films 370, 173 (2000)] so opisali uporabo reaktivnega magnetronskega naprševanja
in nanosa iz parne faze z uporabo metalo-organskih substanc za neposredno rast z itrijem stabiliziranega cirkonijevega oksida v obliki tanke plasti.
Scherrer in sod. [Adv. Funct. Mater. 21, 3967 (2011)] so opisali tvorjenje tankih filmov z itrijem stabiliziranega cirkonija z razpršilno pirolizo pri 370 °C. Film je kristaliziral pri temperaturi v rangu med 400 °C in 900 °C. Popolnoma kristalizirani tanki filmi z itrijem stabiliziranega cirkonija so bili dobljeni s segrevanjem na 900 °C ali z izotermnim mirovanjem pri temperaturi 600 °C v trajanju vsaj 17 ur.
Lamas in sod. [Thin Solid Films 520, 4782 (2012)] so opisali tvorjenje tankih filmov z itrijem stabiliziranega cirkonija z uporabo magnetronskega naprševanja iz dveh virov. Piascik in sod. [J. Vac. Sci. Technol. A 23, 1419 (2005)] so uporabili radiofrekvenčno magnetronsko naprševanje za tvorjenje tankih filmov z itrijem stabiliziranega cirkonija pri temperaturi med 22 in 300 °C, pritisku 5 do 25 mTorr, in kombinaciji plina Ar/O. Patentna prijava US20110319655 opisuje postopek za pripravo materiala za katalizatorje, ki je sestavljen iz naravnega silikata v prahu ter cirkonijevega hidroksida v prahu, pri čemer se mešanica žge pri temperaturi višji od 620 °C.
Patent US20060245999 opisuje postopek za sintezo tetragonalnega cirkonija, ki vključuje sledeče korake: (a) dodatek prekurzorja cirkonija precipitacijskemu agensu, da nastane prvi precipitat; (b) izpostavitev prvega precipitata v raztopini temperaturam višjim od približno 80 °C do približno 120 °C za vsaj eno uro, da nastane raztopljena mešanica; (c) sušenje mešanice, da nastane suh amorfni cirkonij; in (d) žganje suhega amorfnega cirkonija do končnega cirkonija, ki vsebuje približno 99.9 % tetragonalnega cirkonija.
Z zgoraj navedenimi tehnikami so bili pripravljeni tetragonalni in kubični ZrO2 filmi, ki so primerni za uporabo za ojačitve zobne keramike, kot zaščitne ali optične prevleke, kot katalitične prevleke na anodah kisikovih gorivnih celic in kot univerzalni senzorji za izpušne pline.
Različne raziskave so bile opravljene s ciljem povečanja fotokatalitične aktivnosti tetragonalne oblike cirkonijevega oksida.
Pomembne katalitične lastnosti tetragonalnega cirkonijevega oksida stabiliziranega z bakrovim oksidom so bile objavljene za primer redukcije dušikovih oksidov in pri pripravi metanola [Luo in sod., Appl. Catal. A423- 424, 121 (2012); Pumama in sod.,
Catal. Lett. 94, 61 (2004); Bethke in sod., Catal. Lett. 25, 37 (1994)]. Tovrstna fotokatalitična aktivnost tega materiala je bila pripisana nastanku aktivnih mest na katalitični podpori (v tem primeru cirkonijev oksid) [Aguila in sod., Appl. Catal. A 360, 98 (2009); Burch in Flambard, J. Catal. 78, 389 (1982)]. Poleg tega podatki o katalitičnih aktivnosti iz različnih študij kažejo, da imajo izboljšano fotokatalitično aktivnost tudi katalitični materiali, ki so stabilizirani s T1O2, AI2O3, S1O2 in ZnO. Raziskave na področju stabilizacije cirkonijevega oksida z bakrom so pokazale povišano aktivnost za tetragonalno obliko v primerjavi z amorfno ali monoklinsko [Mercera in sod., Appl. Catal. 57, 127 (1990), Aguila in sod., Appl. Catal. B 77, 325 (2008); Ma in sod., J. Mol. Catal. A 231, 75 (2005)]. Colon s sodelavci [Appl. Catal. B 67, 41 (2006)] je predlagal dodatne kovinske elemente, ki lahko povečajo fotokatalitično aktivnost na fotokatalizatorjih zaradi tega, ker delujejo kot mesta za zajetje naboja, s čimer zmanjšajo rekombinacijo para elektron-vrzel. Poleg tega kovinski elementi, ki se uporabljajo za stabilizacijo cirkonijevega oksida (Y, Nb, Fe) in kot dopanti (Mn, Cu) povečajo fotokatalitično aktivnost cirkonijevega oksida [Alvarez et al, Appl. Catal B 73, 34 (2007); Wyrwalski in sod., J. Mater. Sci. 40, 933 (2005)]. Aliovalentni dopanti se lahko klasificirajo kot donorji in akceptorji, kar pomeni, da igrajo vlogo valenčnih nadomestil ali nizkovalenčnih ionov upoštevaje ionsko izmenjavo Zr4+ ionov cirkonijevega oksida [Chu in sod., Integr. Ferroelectr. 58, 1293 (2003)]. S tem v zvezi je možno pričakovati povečano fotokatalitično aktivnost cirkonijevega oksida, kateremu je dodan Nb5+in Cu2,1+.
Kljub zgoraj opisanim rešitvam pa fotokatalitična aktivnost tankih plasti cirkonijevega oksida za ogljikovodike v vodnih raztopinah še ni bila raziskana v primeru dodatka manjših količin oksidov niobija in bakra. Tovrstne raziskave so dolgotrajne, drage in zahtevajo uporabo kompleksnih metod, kot na primer sol-gel, nanos z vrtenjem ali pirolizo za nanos cirkonijevih oksidov z naknadno kalcinacijo.
Opis rešitve tehničnega problema
Bistvo pričujočega izuma je metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, ki je sestavljena iz dveh ključnih korakov, in sicer se v prvem koraku z industrijsko primerno metodo nanese primerno tanko plast steklene zlitine z veliko vsebnostjo cirkonija ter z dodatkom enega ali več elementov izbranih v skupini, v kateri so baker, titan in niobij za stabilizacijo ter izboljšanje fotokatalitičnih lastnosti, v drugem koraku pa se v prisotnosti močnega oscilirajočega RF magnetnega polja tanke plasti oksidirajo s kisikom ali katerimkoli drugim plinom, ki vsebuje kisik. Metoda je hitrejša in cenovno ugodnejša od do sedaj znanih, poleg tega pa jo je možno v celoti izvesti v rahlo prilagojeni komori za depozicijo, tako da oksidacijska komora ni potrebna. Dobljen cirkonijev oksid v tankih plasteh ima izboljšane lastnosti v primerjavi z znanimi fotokatalitičnimi materiali in je primeren za uporabo v fotokatalizatorjih, kar je bilo dokazano s preverjanjem katalize dveh nevarnih onesnaževalcev, Di-tert butil katehola (DTBC) in benzojske kisline.
Izum bo v nadaljevanju podrobneje razložen z natančnejšim opisom in s pomočjo slik, ki prikazujejo:
Slika 1 Amorfna struktura ternarnega kovinskega stekla (MG) v obliki tanke plasti (Zr69Cu2oNbnMG), pripravljene po metodah tega izuma. (XRD)
Slika 2 Krista log rafska struktura tetragonalnega cirkonijevega oksida (t-ZrC>2 na Zr-Cu-Nb MG plasti) v materialu, ki je bil sintetiziran skladno z metodami tega izuma. (XRD)
Slika 3 Sestava površinske plasti fotokatalizatorja (oksidirana Zr69Cu2oNbn plast), ki je bil pripravljen skladno z metodami tega izuma. (XPS)
Slika 4 Površinska morfologija tetragonalnega oksida, v materialu, ki je bil pripravljen skladno z metodami tega izuma. (AFM)
Slika 5 Kinetični profili DTBC in benzojske kisline, pri čemer so omenjeni katalitični učinki v enoti ppm normalizirani na maso stabilnega tetragonalnega oksida, ki je bil pripravljen skladno z metodami tega izuma. Prikazanih je 6 krivulj, kjer je 1-Začetni [Organski substrat na gram ZrO2], 2-DTBC v t-ZrO2 plasti, 3-Benzojska kislina v t-ZrO2 plasti, 4-Začetni [Organski substrat na gram TiO2], 5-DTBC v TiO2 prahu in
6-Benzojska kislina v T1O2 prahu.
Slika 6 Kinetični profili DTBC in benzojske kisline, pri čemer so omenjeni katalitični učinki v enoti ppm normalizirani na geometrijsko površino stabilnega tetragonalnega oksida, ki je bil pripravljen skladno z metodami tega izuma. Prikazanih je 6 krivulj, kjer je 1-Začetni [Organski substrat na m2 ZrO2], 2-DTBC v t-ZrO2 plasti, 3-Benzojska kislina v t-ZrO2 plasti, 4-Začetni [Organski substrat na m2 TiO2], 5-DTBC v T1O2 prahu in 6-Benzojska kislina vTiO2 prahu.
Metoda za sintezo fotokatalitičnega tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti obsega uporabo dveh ključnih in industrijsko primernih korakov.
V prvem koraku se z industrijsko napravo za nanos, prednostno z napravo za magnetronsko naprševanje, nanese primerno tanko plast steklene zlitine z veliko vsebnostjo cirkonija. Za rast tovrstnih steklastih zlitin je bistvenega pomena vsebnost bakra, saj le-ta omogoča dobro formacijo steklastih zlitin kot je to opisal Inoue s sod. [J. Non-Cryst. Solids 156-158, 473 (1993)]. V pričujočem izumu rasti stabiliziranega cirkonijevega oksida s povečano fotokatalitično aktivnostjo je vsebnost bakra v matrici kovinske steklene zlitine v obliki tanke plasti potrebna zaradi izboljšanja fotokatalitične aktivnosti, ki je posledica nastanka CuO. Poleg tega se lahko z metodo magnetronskega naprševanja tankim filmom cirkonijevega oksida doda dodatne elemente, ki so izbrani v skupini, v kateri so baker, titan in niobij. V pričujočem izumu je bil uporabljen Nb zaradi dveh razlogov: a) to je element, ki stabilizira cirkonijev oksid, b) glede na Zr4+ ione lahko niobij poveča fotokatalitično aktivnost, saj deluje kot donorski element.
V naslednjem koraku pričujočega izuma uporabimo steklene zlitine v obliki tankih plasti kot osnovo za hitro (red velikosti je 10 s) in cenovno ugodno (kalcinacija ni potrebna) oksidacijo s kisikom v prisotnosti magnetnega polja. V prisotnosti močnega RF magnetnega polja se tanke plasti steklaste zlitine na podlagi Zr segrejejo do temperature nekaj sto stopinj Celzija, medtem ko atomarni kisikovi radikali oksidirajo podlago. Tako se omenjeni materiali oksidirajo na ta način, da tvorijo stabilno obliko tetragonalnega cirkonijevega oksida, ki raste na površini omenjenih tankih plasti.
Metoda, ki je predmet tega izuma, se izvede po sledečih korakih:
- izbira podlage za nanos steklaste zlitine in namestitev podlage v visoko vakuumsko komoro;
- odvajanje plina iz omenjene visoko vakuumske komore, s čimer se zniža tlak v omenjeni visoko vakuumski komori v področje pod 100 Pa;
- nanos tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala na podlage z metodami vakuumske depozicije;
- dovajanje kisika ali kisik vsebujočega plina v omenjeno visoko vakuumsko komoro;
- uporaba oscilirajočega magnetnega polja v omenjeni visoko vakuumski komori;
- ogrevanje omenjene tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala z indukcijo zaradi uporabljenega magnetnega polja; in
- ohlajanje omenjene tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala do sobne temperature.
V izvedbi, ki je primerna tudi za industrijsko uporabo, se lahko celoten postopek izvede v eni komori. Za to je potrebna majhna prilagoditev komore za depozicijo, pri čemer se z vakuumsko prenašalno roko v komoro postavi indukcijska tuljava okoli depoziranega filma steklaste kovine Zr6gCu2oNbn in se namesto argona v komoro dovaja kisik. V drugem izvedbenem primeru se lahko uporabi omenjeno visoko vakuumsko komoro zgolj za nanos omenjenih tankih plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala, medtem ko se ostali koraki (od četrte alineje naprej) izvedejo v drugi komori.
V prednostni izvedbi metode po izumu se tanke plasti, ki vsebujejo cirkonij, izpostavijo kisiku ali kateremu koli drugemu plinu, ki vsebuje kisik, v močnem magnetnem polju. V prednostni izvedbi se tanke plasti cirkonija ali drugih materialov, ki vsebujejo cirkonij, nanesejo na podlago na takšen način, da je vsebnost cirkonija v omenjenih tankih plasteh večja kot pet volumskih odstotkov. V nadalje prednostni izvedbi imajo tanke plasti cirkonija ali materiala, ki vsebuje cirkonij, debelino med 0,01 in 100 mikrometrov. V nadalje prednostni izvedbi so tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala steklaste cirkonij vsebujoče zlitine, vključno s
ternarnimi ali bolj kompleksnimi kovinskimi stekli. V nadalje prednostni izvedbi se izbere plin, ki vsebuje kisik, izbran v skupini plinov, ki vključujejo, vendar niso omejeni na kisik, zrak, vodno paro, ogljikov dioksid, ogljikov monoksid in dušikove okside. Izbrana je lahko tudi mešanica omenjenih plinov s katerimkoli drugim plinom. Reakcija z reaktivnim plinom je izvedena pri temperaturi med 0 in 800 °C, prednostno pri temperaturi med 200 in 800 °C. V želeni izvedbi je gostota magnetnega polja najmanj 3 Gauss, preferenčno pa večja kot 30 Gauss. V želeni izvedbi je čas obdelave omenjenih tankih plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala med 1 in 1000 s, pri čemer je čas večji kot 10 sekund pri gostoti magnetnega polja 300 Gauss in večji kot 100 sekund pri gostoti magnetnega polja 30 Gauss.
Tanek sloj steklaste kovine se nanese na komercialno silicijevo rezino, ki je bila izdelana po Czochralski tehniki in predstavlja n-tip Si(001) z metodo neuravnoteženega magnetronskega naprševanja. Uporabljena je bila visoko vakuumska komora izdelana iz nerjavnega jekla, v katero sta bila nameščena dva magnetronska izvira. Omenjena komora je bila izčrpana do tlaka 2 mPa z uporabo turbomolekularne in rotacijske črpalke. Uporabili smo tarči Zr in Cu visoke čistosti (99,8 % in 99,99 %), ki smo ju namestili na dve magnetronski puški, vsaka od njih je bila nameščena pod kotom 45° glede na površino podlage. Za nanos ternarne steklaste zlitine Zr-Cu-Nb je bil nameščen še dodatni disk niobija visoke čistosti (99,8 %) na Zr tarčo, tako da je pokrival okoli 10 % cirkonijeve tarče. Za razprševanje tarč smo uporabili Ar visoke čistosti (99,999 %), ki smo ga puščali v komoro iz nerjavnega jekla, tako da smo dosegli delovni tlak 4 Pa. Uporabili smo enosmerno razelektritev pri moči 60 W, ki je bila razdeljena na oba magnetrona. Nanos tanke plasti steklaste kovine na podlago smo izvedli pri sobni temperaturi podlage z razprševanjem materiala na obeh tarčah.
Za določitev sestave ternarne zlitine smo uporabili elektronsko disperzivno spektrometrijo (EDS), ki je pokazala sestavo Zr69Cu2oNbn. Za določitev kristaliničnosti te plasti smo uporabili difrakcijo rentgenskih žarkov pri nizkih vpadnih kotih (XRD). Rezultat je prikazan na sliki 1, iz katere je razvidno, da je nanesen material amorfen torej neodvisen od kristaliničnosti podlage, kar je ključnega pomena za širšo uporabo metode, ki je predmet izuma.
Nanesene tanke plasti steklaste zlitine Zr69Cu2oNbn so bile obdelane z oksidativno atmosfero, da bi nastal cirkonijev oksid. Oksidacija je bila izvedena v komercialno dostopni borosilikatni cevi, v katero je bil vstavljen vzorec s tanko plastjo steklaste zlitine, pri čemer je bila cev izčrpana do končnega tlaka 1 Pa z rotacijsko črpalko, potem pa je bil vanjo dovajan kisik komercialne čistosti, tako da je bil tlak 40 Pa. Na borosilikatno cev je bila pritrjena kovinska tuljava, ki je bila priključena na radio frekvenčni izvir frekvence 13,65 MHz, s čimer se je znotraj tuljave ustvarilo oscilirajoče magnetno polje. To polje je omogočilo ogrevanje Zr6gCu2oNbn v kisikovi atmosferi in s tem nastanek oksidne plasti v nekaj 10 sekundah. Na sliki 2 je prikazan difraktogram oksidirane Zr6gCu2oNbn plasti, kot je bil določen z difrakcijo rentgenskih žarkov (XRD). Opaziti je možno nastanek tetragonalnega cirkonijevega oksida po obdelavi z oscilirajočim magnetnim poljem, pod to plastjo pa je ostanek neoksidirane steklastne zlitine Zr6gCu2oNbn, ki ostaja med oksidirano plastjo in podlago.
Morfologija površine sintetiziranega tetragonalnega cirkonija je bila nadalje preučena z mikroskopom na atomsko silo (AFM). Gladka površina kovinskega steklastega filma Zr6gCu2oNbn se je po oksidaciji spremenila v relativno grobo površino kot je razvidno iz slike 4. Nanostrukturirana površina nastalega filma tetragonalnega cirkonija ima večjo aktivno površino, kar se kaže kot prednost pri izboljšani katalitični učinkovitosti v primerjavi s površinami gladkih filmov.
Kljub temu, da na difraktogramu ni opaziti značilnih difrakcijskih vrhov Nb in Cu oksidov, smo jih opazili z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo, ki kaže na prisotnost majhne količine Nb2O3 kot kaže slika 3. Ti oksidi naj bi izboljšali fotokatalitski izkupiček predlaganega katalizatorja narejenega s specifično metodo.
Produkt dobljen z metodo, ki je predmet izuma, je katalitični material, ki je primeren za fotokatalitično uničenje nevarnih odpadkov, kot so organski plini in tekočine. Po zgoraj opisani metodi so bile pripravljene tanke plasti cirkonijevega oksida, katerega fotokatalitične značilnosti smo ocenili z uporabo vodne raztopine dveh vrst nevarnih onesnaževalcev in sicer Di-tert butil katehola (DTBC) in benzojske kisline, ki sta bila analitske čistosti (99% čistost) in kupljena od proizvajalca Sigma-Aldrich (ZDA). Uspešnost katalitičnih reakcij smo izmerili z neposredno primerjavo s komercialnim fotokatalizatorjem v obliki prahu in sicer Degussa-P25 TiO2 (Degussa, Nemčija). Slednji je znan kot zelo dober fotokatalizator za različne kemične molekule [Ajmera in sod., Chem. Eng. Technol. 25, 173 (2002); Velegraki in sod., Chem. Eng. J. 140, 15 (2008)]. Topila z za HPLC primerne stopnje čistosti (acetonitril, metanol in voda LC čistosti) so bili od proizvajalca Merck (Darmstadt, Germany). Vse vodne raztopine so bile pripravljene z ultra čisto Milli-Q vodo, ki se jo pridobi s čistilnim sistemom za vodo Millipore VVaters Milli-Q.
Fotokatalitični eksperimenti so bili izvedeni z aparatom Suntest XLS+ proizvajalca Atlas (Nemčija) opremljenim s ksenonsko žarnico. Svetlobni vir je bil omejen s posebnimi steklenimi filtri, ki omejujejo prenos valovnih dolžin pod 290 nm. Hladilni tokokrog z vodo iz pipe je bil uporabljen za odstranitev IR radiacije, kar je preprečilo segrevanje suspenzije. Eksperimenti obsevanja so bili izvedeni z uporabo vodne raztopine DTBC ali benzojske kisline (0,5 mg/L) in filma tetragonalnega cirkonija pridobljenega z metodo po izumu. Kontrolni eksperimenti obsevanja so bili narejeni z uporabo komercialno dostopnega Degussa-P25 T1O2 kot katalizatorja (100 mg/L).
V vseh eksperimentih so bile raztopine pripravljene z mešanjem pred in med obsevanjem. Suspenzije so bile pred obsevanjem inkubirane 30 minut v temi, zato da se je vzpostavilo adsorpcijsko ravnotežje na polprevodniški površini. Med potekom reakcij so bili pri specifičnih časovnih intervalih iz reaktorja odvzeti vzorci za nadaljnjo analizo. Pred preverjanjem fotokatalitične razgradnje so bili izvedeni eksperimenti neposredne fotolize, da se oceni njen obseg pri fotokatalitični razgradnji DTBC in benzojske kisline.
Za analizo fotodegradacije organskih nečistoč je bila uporabljena tekočinska kromatografija visoke ločljivosti (HPLC). Koncentracijo DTBC in benzojske kisline smo določili s kromatografom vrste Dionex P680 HPLC, ki je bil opremljen s serijo fotodiodnih detektorjev vrste Dionex PDA-100 (250 mm dolžine x 4,6 mm notranjega premera, 5 mikrometrov velikost zrn) nameščenih v analizno kolono vrste Supelco (Bellefonte, PA, USA). Mobilna faza HPLC je bila mešanica destilirane vode s pH 3 (pH uravnan z metanojsko kislino) (70) in acetonitrila (30) ter 15:85 razmerja benzojske kisline in DTBC pri pretoku 1 ml/min. Temperatura analizne kolone je bila °C. Koncentracijo DTBC in benzojske kisline smo merili pri valovnih dolžinah 200 nm in 228 nm za DTBC in benzojsko kislino.
Za primer DTBC smo opazili degradacijo 54,89 % po 180 minutah v prisotnosti cirkonija kot katalizatorja. Meritve z benzojsko kislino so pokazale 20 % degradacijo pri enakem času obsevanja z UV svetlobo intenzitete 600 W/m2. Opazili smo tudi nekoliko izboljšano fotokatalitsko degradacijo, če smo uporabili UV svetlobo intenzitete 750 W/m2. Navedeni rezultati kažejo, da je fotodegradacija za primer benzojske kisline manjša kot pri fotolizi, medtem ko je za primer DTBC večja.
Obe kemični spojini sta bili uspešno razgrajeni tudi v vodni suspenziji titanijevega dioksida po krajšem času obsevanja. Normalizacija na enoto mase je prikazana na sliki 5, na enoto površine pa na sliki 6. Obe sliki kažeta, da ima tetragonalni cirkonijev oksid, ki je predmet tega izuma, bistveno boljšo fotokatalitično učinkovitost od titanovega oksida s komercialno oznako Degusa P-25. Bolj specifično je opaziti, da uspe tetragonalni cirkonijev oksid doseči konverzijo 22 ppm/gram DTBC v 25 minutah pod vplivom 600 W obsevanja. Za primerjavo lahko titanov dioksid konvertira zgolj 4,8 ppm tega materiala pri enakih razmerah, pri čemer je učinek še posebej opazen, če fotokatalitično intenziteto normaliziramo glede na specifično velikost površine, kot je prikazano na sliki 6.
Rezultat metode po izumu je tetragonalen cirkonijev oksid v tankih plasteh, ki je stabilen pri sobni temperaturi, ki ima boljše lastnosti od do zdaj znanih fotokatalitičnih materialov, ki so pripravljeni s katerokoli drugo znano tehniko. Pomembna prednost metode, ki je predmet tega izuma, je tudi izredna stabilnost inovativnega katalizatorja. Poleg tega je mogoča sinteza stabiliziranega tetragonalnega cirkonijevega oksida pri sobni temperaturi. Oboje je zelo pomembno, saj omogoča čiščenje površine katalizatorja po kontaminaciji, ki lahko nastane zaradi prekomerne
uporabe. Čiščenje je mogoče izvesti ne da bi izgubili aktivni material ali spremenili njegove površinske lastnosti in s tem poslabšali fotokatalitično aktivnost.
Posebej velja poudariti, da metoda, ki je predmet izuma, omogoča hitro in cenovno ugodno tehnologijo za izdelavo cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, ki je primeren za uporabo v fotokatalizatorjih. Celotno metodo po izumu je možno opraviti v komori za depozicijo, ki jo je potrebno le malo preurediti, tako da oksidacijska komora ni potrebna.

Claims (14)

1. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti, sestavljena iz dveh ključnih korakov, in sicer se v prvem koraku z industrijsko primerno metodo nanese primerno tanko plast steklene zlitine z veliko vsebnostjo cirkonija ter z dodatkom elementa izbranega v skupini, v kateri so baker, titan in niobij, v drugem koraku pa se v prisotnosti močnega oscilirajočega RF magnetnega polja tanke plasti oksidirajo s kisikom ali katerimkoli drugim plinom, ki vsebuje kisik.
2. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po zahtevku 1, značilna po tem, da se izvede po sledečih korakih:
- izbira podlage za nanos steklaste zlitine in namestitev podlage v visoko vakuumsko komoro;
- odvajanje plina iz omenjene visoko vakuumske komore, s čimer se zniža tlak v omenjeni visoko vakuumski komori v področje pod 100 Pa;
- nanos tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala na podlage z metodami vakuumske depozicije;
- dovajanje kisika ali kisik vsebujočega plina v omenjeno visoko vakuumsko komoro;
- uporaba oscilirajočega magnetnega polja v omenjeni visoko vakuumski komori;
- ogrevanje omenjene tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala z indukcijo zaradi uporabljenega magnetnega polja; in
- ohlajanje omenjene tanke plasti cirkonija ali cirkonij vsebujočega materiala do sobne temperature.
3. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po zahtevku 1 in 2, značilna po tem, da je lahko izvedena v eni komori ali v dveh, pri čemer se koraki od vključno četrte alineje naprej izvedejo v drugi komori, ki ni visoko vakuumska komora za nanos materiala.
4. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 3, značilna po tem, da je omenjena tanka plast cirkonija ali materiala, ki vsebuje cirkonij, steklasta zlitina cirkonija in katerega drugega materiala, ki ga izberemo s seznama elementov bakra, titanija in/ali niobija.
5. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 4, značilna po tem, da je omenjena tanka plast cirkonija ali materiala, ki vsebuje cirkonij, pripravljena z tehnikami vakuumskega nanosa.
6. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 5, značilna po tem, da je tanka plast cirkonija ali materiala, ki vsebuje cirkonij, pripravljena s tehniko naprševanja, prednostno z uporabo magnetronsko naprševalnih naprav.
7. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 6, značilna po tem, da je omenjeni plin, ki vsebuje kisik, izbran s seznama plinov, kot so kisik, zrak, ogljikov dioksid, dušikovi oksidi, vodna para ali katerakoli mešanica teh plinov s katerimkoli drugim plinom.
8. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 7, značilna po tem, da je gostota magnetnega polja najmanj 3 Gauss.
9. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 8, značilna po tem, da reakcija omenjene tanke plasti cirkonija ali materiala, ki vsebuje cirkonij, z reaktivnim plinom, ki vsebuje kisik, v prisotnosti magnetnega polja traja poljubno dolgo, prednostno pa med 1 s in 1000 s.
10. Metoda za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli izmed zahtevkov od 1 do 9, značilna po tem, da je omenjena reakcija z reaktivnim plinom, ki vsebuje kisik, izvedena pri temperaturi med 0 in 800 °C, prednostno med 200 in 800 °C.
11. Tetragonalni cirkonijev oksid, sintetiziran z metodo za sintezo tetragonalnega cirkonijevega oksida v obliki tankih plasti po kateremkoli zahtevku od 1 do 10.
12. Uporaba tetragonalnega cirkonijevega oksida iz zahtevka 11 za uničevanje nevarnih organskih plinov ali tekočin.
13. Uporaba zahtevka 12, značilna po tem, da je omenjeno uničevanje nevarnih organskih plinov ali tekočin, fotokatalitična razgradnja.
14. Izdelek, ki vsebuje tetragonalni cirkonijev oksid po zahtevku 11.
SI201400111A 2014-03-20 2014-03-20 Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave SI24659A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201400111A SI24659A (sl) 2014-03-20 2014-03-20 Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave
PCT/SI2015/000012 WO2015142295A1 (en) 2014-03-20 2015-03-19 Method for synthesis of tetragonal zirconia thin films suitable for catalytic devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201400111A SI24659A (sl) 2014-03-20 2014-03-20 Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI24659A true SI24659A (sl) 2015-09-30

Family

ID=53177863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201400111A SI24659A (sl) 2014-03-20 2014-03-20 Metoda za sintezo tankih plasti tetragonalnega cirkonijevega oksida primernega za katalitične naprave

Country Status (2)

Country Link
SI (1) SI24659A (sl)
WO (1) WO2015142295A1 (sl)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US39814A (en) 1863-09-08 Improved clothes-wringing machine
FR2701472B1 (fr) 1993-02-10 1995-05-24 Rhone Poulenc Chimie Procédé de préparation de compositions à base d'oxydes mixtes de zirconium et de cérium.
US8026161B2 (en) 2001-08-30 2011-09-27 Micron Technology, Inc. Highly reliable amorphous high-K gate oxide ZrO2
US7292766B2 (en) 2003-04-28 2007-11-06 3M Innovative Properties Company Use of glasses containing rare earth oxide, alumina, and zirconia and dopant in optical waveguides
US7704483B2 (en) 2005-04-29 2010-04-27 Cabot Corporation High surface area tetragonal zirconia and processes for synthesizing same
KR100640654B1 (ko) 2005-07-16 2006-11-01 삼성전자주식회사 ZrO2 박막 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 메모리소자의 커패시터 제조 방법
DE202008017277U1 (de) 2008-11-30 2009-04-30 Süd-Chemie AG Katalysatorträger

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015142295A1 (en) 2015-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pelaez et al. Synthesis, structural characterization and evaluation of sol–gel-based NF-TiO2 films with visible light-photoactivation for the removal of microcystin-LR
Zaleska Doped-TiO2: a review
JP6753844B2 (ja) 多原子価半導体光触媒材料
Yang et al. Synthesis, characterization and degradation of Bisphenol A using Pr, N co-doped TiO2 with highly visible light activity
Wang et al. A spherical TiO2-Bi2WO6 composite photocatalyst for visible-light photocatalytic degradation of ethylene
Jaimy et al. Photocatalytic activity enhancement in doped titanium dioxide by crystal defects
Sayyar et al. Kinetic study of formic acid degradation by Fe3+ doped TiO2 self-cleaning nanostructure surfaces prepared by cold spray
US20150111724A1 (en) Visible light responsive photocatalyst by hydrophilic modification using polymer material and a method for preparing the same
Goutailler et al. Low temperature and aqueous sol–gel deposit of photocatalytic active nanoparticulate TiO 2
Lu et al. Preparation of boron-doped TiO2 films by autoclaved-sol method at low temperature and study on their photocatalytic activity
Gomez et al. Microwave-assisted mild-temperature preparation of neodymium-doped titania for the improved photodegradation of water contaminants
JP4319184B2 (ja) 光触媒、その製造方法および光触媒を用いた物品
Cao et al. Monodisperse anatase titania microspheres with high-thermal stability and large pore size (∼ 80 nm) as efficient photocatalysts
Ahmadi et al. Synthesis and characterization of co-doped TiO2 thin films on glass-ceramic
Ratova et al. Characterisation and properties of visible light-active bismuth oxide-titania composite photocatalysts
Cimieri et al. Novel sol–gel preparation of V-TiO2 films for the photocatalytic oxidation of ethanol in air
Dolat et al. Preparation of photoactive nitrogen-doped rutile
EP1546041B1 (en) Process to produce solutions to be used as coating in photo-catalytic and transparent films
Channei et al. Adsorption and photocatalytic processes of mesoporous SiO2-coated monoclinic BiVO4
Pitman et al. Stabilization of reduced copper on ceria aerogels for CO oxidation
Nithya et al. Synthesis and characterization of yttrium doped titania nanoparticles for gas sensing activity
Khaksar et al. In situ solvothermal crystallization of TiO 2 nanostructure on alumina granules for photocatalytic wastewater treatment
Cimieri et al. Sol–gel preparation of pure and doped TiO 2 films for the photocatalytic oxidation of ethanol in air
Wojcieszak et al. Photocatalytic properties of nanocrystalline TiO2 thin films doped with Tb
Tomaszewski et al. Effect of substrate sodium content on crystallization and photocatalytic activity of TiO 2 films prepared by DC magnetron sputtering

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20151027

KO00 Lapse of patent

Effective date: 20191112