Bimetallic particle, Nanopowders, Solution combustion synthesis, Биметаллическая частица, нанопорошок, Экзотермическое горение из растворов

In this work, we studied possibility to obtain bimetallic nanopowders by our modified so-lution combustion synthesis method using citric acid as a fuel. Stoichiometric amounts of metal nitrates with metal to metal ratios 1:1 and 1:2 and fuels with final oxidizer to fuel ratio of 1.75 were used as initial components to prepare aqueous solutions. The almost complete absence of metal oxide phases was confirmed by energy-dispersive X-ray spectroscopy. The X-ray diffraction analysis of obtained materials showed that all samples are pure bimetallic nanopowders with dis-torted cubic crystal structure of each metal. According to high resolution transmission electron microscopy the mean diameter of metallic particles are about 10 nm for all nanopowders. The calculated interplanar distances of crystals of metal particles as well as detailed scanning trans- mission electron microscopy studying showed uniform distribution of different metal spices into nanoparticles. Thus, we can conclude the nanopowders are bimetallic particles with co-integrated crystal structures of different metalic spices. We suppose, the possibility of solution combustion synthesis of bimetallic nanopowder in the air environment is due to a combination of type and amount of the fuels as well as technological conditions of the synthesis. These lead to rapid com-bustion process at low temperature. In addition, protective inert atmosphere appears above fresh-ly synthesized metal nanopowders during thermal decompositions of the fuels that eventually pre-vent metal oxidation. Modified SCS method could be successfully used for one-step synthesis of complex oxide-oxide and metal-oxide core-shell nanostructures.
В работе изучена возможность получения биметаллических нанопорошков мо-дифицированным методом горения в растворах с использованием лимонной кислоты в качестве восстановителя/топлива. В качестве исходных компонентов для приготовле-ния водных растворов использовались стехиометрические количества нитратов ме-таллов с отношением металл-металл 1:1 и 1:2 и топлива с отношением окислителя к топливу 1,75. Почти полное отсутствие фаз оксида металла было подтверждено ме-тодом рентгенофлюоресцентной энергодисперсионной спектроскопии. Рентгено-фазовый анализ полученных материалов показал, что все образцы представляют собой чистые биметаллические нанопорошки с искаженной кубической кристаллической структурой каждого металла. В соответствии с результатами просвечивающей элек-тронной микроскопии высокого разрешения средний диаметр зерен металлических ча-стиц составляет около 10 нм для всех нанопорошков. Вычисленные межплоскостные расстояния кристаллов металлических частиц, а также детальное исследование с по-мощью просвечивающей растровой электронной микроскопии показали равномерное распределение различных металлических специй в наночастицах. Таким образом, мы можем заключить, что нанопорошки представляют собой биметаллические частицы с коинтегрированными кристаллическими структурами разных металлов. Мы полагаем, что возможность использования модифицированного метода экзотермического горения в растворах биметаллического нанопорошка в воздушной среде обусловлена сочетанием типа и количества топлива, а также технологических условий синтеза. Это приводит к быстрому процессу горения при низкой температуре. Кроме того, защитная инертная атмосфера появляется выше свежесинтезированных металлических нанопорошков во время термического разложения топлив, что в конечном итоге предотвращает окисле-ние металлов. Модифицированный метод экзотермического горения из растворов мож-но успешно использовать для одностадийного синтеза сложных оксидных или металл-оксидных систем типа ядро-оболочка.