Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

В. А. Соломатина, студентка 4-го курса, эл. почта: viktoria20000000@mail.ru
М. Б. Гришечкин, ведущий инженер, канд. хим. наук, эл. почта: grimb@mail.ru
М. П. Зыкова, научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: zykova_mp@inbox.ru
И. Х. Аветисов, заведующий кафедрой химии и технологии кристаллов, профессор, докт. хим. наук, эл. почта: igor_avetisov@mail.ru

Разработана методика синтеза высокочистого оксида цинка c помощью осаждения из раствора с последующей высокотемпературной обработкой в атмосфере кислорода. В качестве исходных веществ для синтеза использовали металлический цинк, дополнительно очищенный методом вакуумной дистилляции, азотную кислоту и водный раствор аммиака, суммарное содержание примесей в которых не превышало 10^–4 % (мас.). Установлено, что для получения однофазного продукта в виде порошка оксида цинка, не содержащего комплексов нитратов и аминов, осаждение следует проводить при концентрации цинка в растворе 2 моль/л и pH = 7,5. Очистка от примесей железа, хрома, алюминия, бария, молибдена и натрия осуществляется на стадии формирования промежуточного осадка при pH = 5. Выход конечного высокочистого продукта составляет 59 %. Методом сканирующей электронной микроскопии исследована морфология осадка до и после проведения высокотемпературного отжига. Показано, что конечный продукт представляет собой порошок, сформированный из хорошо ограненных кристаллитов в виде шестигранных призм диаметром 0,5–0,7 мкм и длиной 1,7–2,1 мкм. Анализ спектров люминесценции показал, что синтезированный и очищенный препарат ZnO после высокотемпературного отжига демонстрирует слабую люминесценцию с максимумом 678 нм, в то время как коммерческий порошковый препарат ZnO характеризуется наличием интенсивной люминесценции с максимумом 522 нм, обусловленной дефектами нестехиометрии и/или примесью иттрия. Химическая чистота препарата оксида цинка, синтезированного и очищенного по разработанной методике, по данным масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, составила 99,9993 % (мас.) по 67 примесным элементам.

Авторы выражают признательность сотруднику кафедры химии и технологии кристаллов К. И. Руни ной за помощь в проведении спектральных исследований.
Работа выполнена в рамках финансирования прикладного научно-исследовательского проекта РХТУ имени Д. И. Менделеева № ВИГ 2022-081.

1. Надолинный В. А., Павлюк А. А., Солодовников С. Ф., Солодовникова З. А., Золотова Е. С. и др. Структура и свойства кристаллов Li₂Zn₂(MoO4)₃, активированных ионами меди и хрома // ЖСХ. 2011. Т. 52, No. 4. С. 730–734.
2. Kadathala Linganna, Jung-Hwan In, Seon Hoon Kim, Karam Han and Ju Hyeon Choi. Engineering of TeO₂ – ZnO – BaO-based glasses for mid-infrared transmitting optics // Materials. 2020. Vol. 13, No. 5829. P. 1–14.
3. Родимов О. И., Киселев М. М., Сетракова Е. С., Вартанян М. А. Безвисмутовая оксидноцинковая варисторная керамика // Современные технологии композиционных материалов: Материалы III Всероссийской научно-практической молодежной конференции с международным участием, Уфа, 21–22 февраля 2018. — Уфа : Башкирский государственный университет, 2018. С. 80–85.
4. Ли Л. Е., Демьянец Л. Н., Никитин С. В., Лавриков А. С. Стимулированное излучение разупорядоченных сред на основе кристаллических порошков ZnO // Квантовая электроника. 2006. Т. 36, № 3. С. 233, 234.
5. Григорьев Л. В., Морозов И. С., Журавлев Н. В., Семенов А. А., Никитин А. А. Фотолюминесцентные и фотоэлектрические свойства тонкопленочной структуры ZnO – LiNbO₃ в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54, № 3. С. 232–237.
6. Ebrahimizadeh Abrishami M., Hosseini S. M., Attaran Kakhki E., Kompany A., Ghasemifard M. Synthesis and structure of pure and Mn-doped zinc oxide nanopowders // International Journal of Nanoscience. 2010. Vol. 9, No. 1-2. P. 19–28.
7. Agarwal Happy, Venkat Kumar S., Rajeshkumar S. A review on green synthesis of zinc oxide nanoparticles – An eco-friendly approach // Resource-Efficient Technologies. 2017. Vol. 3. P. 406–413.
8. Ashwath N., Bhat S. A., Almas F., Lokesh S. V., Sandeep G. S., Yelamaggad C. V. Green and low-cost synthesis of zinc oxide nanoparticles and their application in transistorbased carbon monoxide sensing // RSC Advances. 2020. Vol. 10. P. 13532–13542.

9. Sabry R., Fikry M., Ahmed Ola S., F. Zedan A. Laser-induced synthesis of pure zinc oxide nanoflakes // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2020. Vol. 1472. 012005.
10. Gunja Singh, Satya Pal Singh. Synthesis of zinc oxide by sol-gel method and to study it’s structural properties // AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2220. P. 020184.
11. Пат. 2757151 РФ. Способ получения цинкового порошка / В. Г. Лобанов, К. Д. Наумов, С. А. Якорнов, М. А. Карпов, Е. Н. Селиванов и др. ; заявл. 27.02.2020 ; опубл. 11.10.2021, Бюл. № 29.
12. Пат. 2393249 РФ. Способ получения оксида цинка из сернокислого раствора / Л. Г. Баратов, Л. А. Воропанова ; заявл. 20.10.2008 ; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18.
13. Николаева С. Н., Иванов В. В., Шубин А. А. Синтез высокодисперсных форм оксида цинка : химическое осаждение и термолиз // Journal of Siberian Federal University Chemistry. 2010. Vol. 3, No. 2. P. 153–173.
14. ГОСТ 3640–94. Цинк. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
15. ГОСТ 11125–84. Кислота азотная особой чистоты. Технические условия. — Введ. 01.01.1986.
16. ГОСТ 24147–80. Аммиак водный особой чистоты. Технические условия. — Введ. 01.01.1981.
17. Pruszkowski E., Life P. E. Total quant analysis of teas and wines by ICP – MS Field Application Report ICP Mass Spectrometry — Shelton : Perkin Elmer Life and Analytical Sciences, 2004.
18. ГОСТ 10262–73. Реактивы. Цинка окись. Технические условия. — Введ. 01.01.1974.
19. Родный П. А., Черненко К. А., Веневцев И. Д. Механизмы люминисценции ZnO в видимой области спектра // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125, № 3. С. 357–363.
20. Аливов Я. И., Чукичев М. В., Никитенко В. А. Зеленая полоса люминесценции пленок оксида цинка, легированных медью в процессе термической диффузии // ФТП. 2004. Т. 38, № 1. С. 34–38.
21. Ozgur U., Alivov Ya. I., Liu C. et al. A comprehensive review of ZnO materials and devices // Journal of Appl. Phys. 2005. Vol. 98, Iss. 4. P. 041301.