Agyagásvány-nanokomplexek, oxid típusú bevonatok szerkezetvizsgálata molekula-spektroszkópiai, elsősorban Raman mikro-spektroszkópiai módszerekkel

Kristóf János1, Horváth Erzsébet2, Ray L. Frost3

1Pannon Egyetem, Analitikai Kémia Intézeti Tanszék, Veszprém
2Pannon Egyetem, Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Intézeti Tanszék, Veszprém
3Queensland-i Műszaki Egyetem, Kémiai Intézet, Brisbane, Ausztrália

Az agyagásványok szerves anyagokkal alkotott komplexei a természetben mindenütt előfordulnak, s nagyon sok elmélet az élet keletkezését is ilyen típusú reakciókra, illetve kölcsönhatásokra vezeti vissza. A lehetséges kölcsönhatások (pl. adszorpció, ioncsere) közül az interkalációnak azért van kitüntetett szerepe, mert ily módon szabályos szerkezetű nanokomplexek állíthatók elő.

A kétdimenziós tetraéderes és oktaéderes síkhálókból felépülő kaolinit kettősrétegek kis molekulájú szerves reagensekkel interkalálhatók. A reakció során a rétegeket összetartó hidrogén-hidak felszakadnak, s az expandált szerkezetben a mono-molekuláris rétegben beépülő reagens új típusú hidrogén-híd kötéseket hoz létre. A nanokomplexek szerkezete (a reagens molekulák kötődésének módja, orientációja) elsősorban molekula-spektroszkópiai (DRIFT, IRES, MS, Raman) módszerekkel vizsgálható. A Raman mikro-spektroszkópiai módszernek (CCD detektorral, HeNe-lézerrel üzemelő berendezések használata esetén) azért van kitüntetett szerepe, mert egyetlen (kb. 1 ?m átmérőjű) szemcséről 77K és 523K között jó minőségű, informatív spektrum regisztrálható. A kálium-acetáttal, cézium-acetáttal, hidrazinnal, formamiddal, karbamiddal, dimetil-szulfoxiddal expandált rendszerekre új szerkezeti modelleket állítottunk fel. A molekula-spektroszkópiai módszerek különösen jól alkalmazhatók a mechanokémiai úton aktivált kaolinok vizsgálatában, melyek -potenciálisan - tervezhető felületi tulajdonságokkal rendelkező, olcsó, környezetbarát adszorbensek előállítására alkalmazhatók.

Ivóvizek, szennyvizek biológiailag nehezen lebontható szerves szennyezői elektrokémiai úton (anódos oxidációval) eltávolíthatók. Az erre a célra alkalmas, titán-lemez hordozón szol-gél eljárással kialakított bevonatrendszerek (pl. IrO2/SnO2, IrO2/Ta2O5, IrO2/RuO2/SnO2 alapú vegyes-oxid filmek) fejlesztése szintén elképzelhetetlen molekula-spektroszkópiai módszerek alkalmazása nélkül. A néhány-száz nanométer vastagságú bevonatban lejátszódó reakciók, lehetséges reakció-utak in situ tanulmányozása MS, IRES, DRIFT, míg a keletkező kristályos komponensek azonosítása Raman mikroszkópiai módszerekkel lehetséges.

A két jelentősen eltérő tulajdonságokkal és alkalmazási lehetőségekkel bíró anyagi rendszer vizsgálata azonos metodológiai megközelítést igényel. A különféle molekula-spektroszkópiai módszerekkel kapott eredmények együttes értékelésén és értelmezésén alapuló, komplex analízis más típusú bevonatok, réteges szerkezetek vizsgálatára is alkalmazható.

Irodalom

1. O. Carmody, R.L. Frost, J. Kristóf, S. Kokot, J.T. Kloprogge, Appl. Spectrosc., 60(2006)1414
2. L.Vazquez-Gómez, E. Horváth, J. Kristóf, A. De Battisti, Thin Solid Films, 515(2006)1819
3. R.L. Frost, M.L. Weiser, W.N. Martens, J.T. Kloprogge, J. Kristóf, J. Raman Spectrosc., 36(2005)797
4. E. Horváth, J. Kristóf, R.L. Frost, E. Jakab, É. Makó, V. Vágvölgyi, J. Coll. Interf. Sci.,  289(2005)132