Lyotropic liquid crystalline mesophases from acid-salt-surfactant systems: synthesis and characterization of mesoporous LimpO4 (M=Mn(II),Fe(II),Co(II) and Ni(II))

Bu tez çalışması, Mn(II), Fe(II) Co(II) ve Ni(II) mezogözenekli lityum metal fosfatlarının (LMPs) sentez ve karakterizasyonu üzerine bir çalışmadır. LMPs eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma yöntemi (MASA) modifiye edilerek sentezlenmiştir. Liyotropik sıvı kristal (LSK) arafazları, lityum nitrat (LiNO3), geçiş metal nitrat ([M(H2O)6](NO3)2) tuzları, fosforik asit (H3PO4, PA) ve yüzey aktif madde (pluronik P123, EO etilen oksit ve PO propilen oksit, EO20PO70EO20) maddelerinin suda hazırlanmış saydam ve homojen çözeltilerinin mikroskop camı üzerine damlatma ve yayma metodu ile hazırlanmış; POM ve XRD teknikleri kullanılarak karakterize edilmişlerdir. Arafazda, anorganic bileşenlerin mol oranı sabit tutulurken (1:1:1, Li(I):M(II):PA), anorganik bileşenlerin (lityum tuz, geçiş metali tuzu ve PA) yüzey aktif maddeye oranı 10'dan 90'a değiştilmiştir. Arafazlar düzenli ve bütün oranlarda x-ışınlarının küçük açılarda kırar. Fakat bu arafazlar zamanla PA hidrolizi ve LMP'lerin oluşumu ile yavaşça LSK arafazdan yarıkatı haldeki arayapılı taneciklere dönüşür. Mezogözenekli LMP'leri üretmek için, damlatma yöntemiyle hazırlanmış örnekler, kalsine edilmiştir. Bu örnekler N2 adsorpsiyon-desorpsiyon yöntemi, XRD, SEM, TEM ve ATR-FTIR teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. LMP'ler 400 oC'ye kadar amorftur; fakat bu derecenin üstüne çıkıldığında ise kristal hallerine dönüşürler. Amorf mezogözenekli LMP'ler, 30-100 m2/g civarında yüksek BET (Brunauer, Emmett and Teller) yüzey alanına sahiptirler; fakat bu yüzey alanı, sıcaklık 500 oC civarına getirildiğinde daha küçüktür. SEM görüntüleri gösteriyor ki, tanecik morfolojisi başlangıç arafazındaki anorganik/yüzey aktif madde oranına bağlıdır. Mn(II) ve Co(II) maddeleri sırasıyla LiMnPO4 (LMnP) ve LiCoPO4 (LCoP) maddelerinin olivin fazları bizim sağladığımız tepkime koşullarında oluşturulmuştur. Fakat LiNiPO4 (LNiP) maddesinin olivin fazını oluşturmak için, Ni(II) örnekleri, ya fazladan lityum kaynağı kullanımına ya da saydam çözeltilerin pH ayarlanmasına ihtiyaç duyar. Bu pH ayarlaması, LiNO3 ve PA yerine, Li(I) ve fosfat kaynağı olarak LiH2PO4 kullanılarak yapılabilir. Demir örnekleri dışında, Mn(II), Co(II) ve Ni(II)'lerin LMP'lerinin olivin fazları elde edilmiştir. Demirli örneklerde, oluşturduğumuz tepkime koşullarında demiri 2+ yükseltgenme basamağında korumak zor olduğundan, demir oksidasyona uğrayarak Fe3+ türlerini oluşturur. Bu sebeple, mezogözenekli, demirin 3+ yükseltgenme basamağında olduğu FePO4 ve Li3Fe2(PO4)3 materyalleri sentezlenmiştir. Çoğu sentez, %16'sını sodyumun oluşturduğu mikroskop cam üzerinde gerçekleştirilmiştir. 300 oC üzerindeki sıcaklıklarda, mikroskop camı üzerinde hazırlanan örnekler ile cam arasında Na+ iyon-değişim tepkimelerinin meydana geldiği belirlenmiştir. Bu sebeple, ilk olarak örnekler yine mikroskop camları üzerinde 300 oC sıcaklıkta kalsine edildi ve daha sonra alumina kap içinde, mezogözenekli formlarını oluşturmak için daha yüksek sıcaklığa çıkarıldı. Fakat sıcaklık artırma adımı alumina kap yerine mikroskop camı üzerinde yapılırsa, marisit faz halindeki sodyum metal fosfatlar (NaMPs) oluşmaktadır. Bu örnekler, XRD, SEM, TEM ve ATR-FTIR teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. İyon-değişim tepkimelerini engellemek için kaplanan yüzey olarak quartz, pyrex ya da FTO kullanıldı. Fakat iyon-değişim tepkimesi mezogözenekli marisit NaMPs maddesini sentezlemek için başka bir sentez metodu olarak kullanılabileceği de not edilmelidir.