chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2020-15-6-67-76chemicallytech-1669Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВAlcoxotechnology for obtaining heat-resistant materials based on rhenium and rutheniumАлкоксотехнология получения жаропрочных материалов на основе рения и рутенияКуликоваЕ. С.KulikovaE. S.

Куликова Елизавета Сергеевна, кандидат химических наук, заведующая лабораторией кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова. Scopus Author ID 57195299209, Researcher ID O-8759-2017

119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Elizaveta S. Kulikova, Cand. of Sci. (Chemistry), Head of the Laboratory, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies. Scopus Author ID 57195299209, Researcher ID O-8759-2017

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

lizchkakul@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0543-7474ЧернышоваО. В.ChernyshovaO. V.

Чернышова Оксана Витальевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова. Scopus Author ID 8961258100

119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Oxana V. Chernyshova, Cand. of Sci. (Engineering), Docent, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies. Scopus Author ID 8961258100

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

oxcher@mitht.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4144-5343НосиковаЛ. А.NosikovaL. A.

Носикова Любовь Анатольевна, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова. Scopus Author ID 18434729100, Researcher ID O-2596-2017

119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Lubov A. Nosikova, Cand. of Sci. (Chemistry), Associate Professor, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies. Scopus Author ID 18434729100, Researcher ID O-2596-2017

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

nosikova_lyubov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0360-1023СветогоровР. Д.SvetogorovR. D.

Светогоров Роман Дмитриевич, инженер-исследователь Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований. Scopus Author ID 55920161900, Researcher ID A-7091-2015

123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Roman D. Svetogorov, Research Engineer, National Research Center Kurchatov Institute. Scopus Author ID 55920161900, Researcher ID A-7091-2015

1, pl. Akademika Kurchatova, Moscow, 123182

rdsvetov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0379-2926ДроботД. В.DrobotD. V.

Дробот Дмитрий Васильевич, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова. Scopus Author ID 35580931100, Researcher ID AAR-3711-2019

119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Dmitry V. Drobot, Dr. of Sci. (Chemistry), Professor, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies. Scopus Author ID 35580931100, ResearcherID AAR-3711-2019

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

dvdrobot@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2274-4153МихеевИ. А.MikheevI. A.

Михеев Илья Андреевич, инженер инжинирингового центра мобильных решений

119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Ilya A. Mikheev, Engineer, Mobile Solutions Engineering Center

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

mikheev.sctc@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияNational Research Center Kurchatov InstituteRussian Federation2020130120211566776Copyright © Kulikova E.S., Chernyshova O.V., Nosikova L.A., Svetogorov R.D., Drobot D.V., Mikheev I.A., 20212021Куликова Е.С., Чернышова О.В., Носикова Л.А., Светогоров Р.Д., Дробот Д.В., Михеев И.А.Kulikova E.S., Chernyshova O.V., Nosikova L.A., Svetogorov R.D., Drobot D.V., Mikheev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1669Objectives

Objectives. To develop physical and chemical bases and methods to obtain rhenium–ruthenium isoproxide Re4-yRuyO6(OPri)10 —a precursor for obtaining a high-temperature alloy—from ruthenium acetylacetonate and rhenium isoproxide acquired by electrochemical methods.

Methods

Methods. IR spectroscopy (EQUINOX 55 Bruker, Germany), X-ray phase and elemental analyses, energy-dispersive microanalysis (EDMA, SEM JSM5910-LV, analytical system AZTEC), powder X-ray diffraction (diffractometer D8 Advance Bruker, Germany), experimental station XSA beamline at the Kurchatov Synchrotron Radiation Source.

Results

Results. The isoproxide complex of rhenium–ruthenium Re4-yRuyO6(OPri)10 was obtained, and its composition and structure were established. Previously conducted quantum chemical calculations on the possibility of replacing rhenium atoms with ruthenium atoms in the isopropylate complex were experimentally proven, and the influence of the electroconductive additive on the composition of the obtained alloy was revealed.

Conclusions

Conclusions. Physical and chemical bases and methods for obtaining rhenium–ruthenium isoproxide Re4-yRuyO6(OPri)10 were developed. The possibility of using rhenium–ruthenium Re4-yRuyO6(OPri)10 as a precursor in the production of ultra- and nanodisperse rhenium–ruthenium alloy powders at a record low temperature of 650°C were shown.

Цели

Цели. Разработка физико-химических основ и способов получения изопроксида рения-рутения Re4-yRuyO6(OPri)10 из ацетилацетоната рутения и изопроксида рения, полученного электрохимическим методом – прекурсора получения высокотемпературного сплава.

Методы

Методы. ИК-спектроскопия (EQUINOX 55 Bruker, Германия), рентгенофазовый и элементный анализ, энергодисперсионный микроанализ (ЭДМА, СЭМ JSM5910–LV, аналитическая система AZTEC), порошковая рентгеновская дифракция (дифрактометр D8 Advance Bruker, Германия), экспериментальная станция «РСА» Курчатовского источника синхротронного излучения.

Результаты

Результаты. Получен изопроксидный комплекс рения-рутения Re4-yRuyO6(OPri)10 , подтверждены его состав и строение. Экспериментально подтверждены ранее проведенные квантово-химические расчеты, свидетельствующие о возможности замещения атомов рения атомами рутения в изопропилатном комплексе. Выявлено влияние электропроводящей добавки на состав получаемого сплава.

Выводы

Выводы. Разработаны физико-химические основы и предложены способы получения изопроксида рения-рутения Re4-yRuyO6(OPri)10 , который может найти применение в качестве предшественника при получении ультра- и нанодисперсных порошков сплавов рений-рутений при рекордно низкой температуре 650 °C.

алкоксотехнологияэлектрохимический синтезизопроксид ренияацетилацетонат рутенияизопроксид рения-рутениясплав рения-рутениянизкотемпературное восстановлениеalkoxotechnologyelectrochemical synthesisrhenium isopropoxideruthenium acetylacetonaterhenium–ruthenium isopropoxiderhenium–ruthenium alloylow-temperature reductionРабота выполнена при поддержке гранта МИРЭА НИЧ ИЦМР 21/20 и в рамках проекта РФФИ № 18-03-00671.The study was supported by the MIREA grant NICH ICMR 21/2020 and the Russian Foundation for Basic Research, project No. 18-03-00671. This article has been translated from Russian into English by N. Isaeva and edited for English language and spelling by Enago, an editing brand of Crimson Interactive Inc.ReferencesПалант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «Галлея-Принт»; 2018. 324 с. ISBN: 978-5-906693-33-4Palant A.A., Troshkina I.D., Chekmarev A.M., Kostylev A.I. Tekhnologiya reniya (Rhenium technology). Moscow: Galleya-Print; 2018. 324 p. (in Russ.). ISBN: 9785-906693-33-4Коровин С.С. и др. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология: учебник для вузов: в 3-х кн. Кн. 3. Коровин С.С., Букин В.И., Федоров П.И., Резник А.М. М.: Издательский дом МИСиС; 2003. 440 с. ISBN 5-87623-014-6Korovin S.S., et al. Redkie i rasseyannye elementy. Khimiya i tekhnologiya: uchebnik dlya vuzov: v 3-kh kn. (Rare and dispersed elements. Chemistry and technology. Textbook for universities, 3 volumes). V. 3. Korovin S.S., Bukin V.I., Fedorov P.I., Reznik A.M. Moscow: MISiS Publishing House; 2003. 440 p. (in Russ.). ISBN 5-87623014-6Каблов Е.Н. (ред.). Высокорениевые жаропрочные сплавы, технология и оборудование для производства сплавов и литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД: сб. статей. М.: ВИАМ; 2004. 177 с.Kablov E.N. (Ed.). Vysokorenievye zharoprochnye splavy, tekhnologiya i oborudovanie dlya proizvodstva splavov i lit’ya monokristallicheskikh turbinnykh lopatok GTD (Highroot heat-resistant alloys technology and equipment for the production of alloys and casting of single-crystal turbine blades GTE): collection of articles; Moscow: VIAM; 2004. 177 p. (in Russ.).Каблов Е.Н. Новое поколение жаропрочных сплавов для двигателей. Военный парад. 2010;2(98):32-33.Kablov E.N. New generation of heat-resistant alloys for engines. Voennyi parad = Military parade. 2010;2(98):3233 (in Russ.).Каблов E.Н., Ломберг Б.С., Оспенникова О.Г. Создание современных жаропрочных материалов и технологий их производства для авиационного двигателестроения. Крылья Родины. 2012;3-4:34-38Kablov E.N., Lomberg B.S., Ospennikova O.G. Creation of modern heat-resistant materials and technologies for their production for aircraft engine building. Kryl’ya Rodiny = Wings of Motherland. 2012;3-4:34-38 (in Russ.).Reedijk J., Poeppelmeier K. Comprehensive Inorganic Chemistry II: From Elements to Applications: 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier; 2013. Р. 455-470.Reedijk J., Poeppelmeier K. Comprehensive Inorganic Chemistry II: From Elements to Applications: 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier; 2013. Р. 455-470.Дробот Д.В, Щеглов П.А, Сейсенбаева Г.А., Кесслер В.Г. Оксоалкоксокомплексы рения – прекурсоры для получения неорганических материалов. Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 2002;6:32-37.Drobot D.V., Scheglov P.A., Seisenbaeva G.A., Kessler V.G. Rhenium oxoalkoxocomplexes as precursors for preparation of inorganic materials. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya = Universities’ Proceedings. Non-Ferrous Metallurgy. 2002;6:32-37 (in Russ.).Kulikova E.S., Drobot D.V, Yarzhemsky V.G., Il’in E.G. Structure and Thermodynamic Stability of Rhenium and Ruthenium Oxoalkoxo Derivatives M N 4-x O6 (OMe) 10 (M, N = Re, Ru; x = 4–0). Russ. J. x Inorg. Chem. 2018;63:1446-1452. https://doi.org/10.1134/S0036023618110116Kulikova E.S., Drobot D.V, Yarzhemsky V.G., Il’in E.G. Structure and Thermodynamic Stability of Rhenium and Ruthenium Oxoalkoxo Derivatives Mx N4-x O6 (OMe) 10 (M, N = Re, Ru; x = 4–0). Russ. J. Inorg. Chem. 2018;63:14461452. https://doi.org/10.1134/S0036023618110116Каблов Е.Н. Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы, легированные рутением. Авиационные материалы и технологии. 2004;1:80-90.Kablov E.N. Svetlov I.L., Petrushin N.V. Nickel heat-resistant alloys alloyed with ruthenium. Aviacionnye Materialy i Tehnologii = Aviation materials and technologies. 2004;1:80-90 (in Russ.).Zheng Y., Wang X., Dong J., Han Y. Effect of Ru addition on cast nickel base superalloy with low content of Cr and high content of W. In: Superalloys 2000 ; Green K.A., McLean M., Olson S., Schirn J.J. (Eds.). Pennsylvania: A Publication of the Minerals, Met. & Mat. Soc.; 2000. P. 305-311. https://doi.org/10.7449/2000/Superalloys_2000_305_311Zheng Y., Wang X., Dong J., Han Y. Effect of Ru addition on cast nickel base superalloy with low content of Cr and high content of W. In: Superalloys 2000; Green K.A., McLean M., Olson S., Schirn J.J. (Eds.). Pennsylvania: A Publication of the Minerals, Met. & Mat. Soc. 2000. P. 305-311. https://doi.org/10.7449/2000/Superalloys_2000_305_311Щеглов П.А. Моно-, би- и триметаллические оксоалкоксопроизводные (синтез, свойства и применение): автореф. дис. канд. хим. наук. М.: МИТХТ; 2002. 25 с.Shcheglov P.A. Mono-, bi- and trimetallic oxoalkoxo derivatives (synthesis, properties and application): Abstr. Cand. Sci. Thesis. Moscow: MITHT, 2002. 25 p. (in Russ.).Turova N.Ya., Turevskaya E.P., Kessler V.G. The Chemistry of Metal Alkoxides. Springer; 2014. 584 p.Turova N.Ya., Turevskaya E.P., Kessler V.G. The Chemistry of Metal Alkoxides. Springer; 2014. 584 p.Hubert-Pfalzgraf L.G. To what extent can design of molecular precursors control the preparation of high tech oxides? J. Mater. Chem. 2004;14:3113-3123. https://doi.org/10.1039/B407204AHubert-Pfalzgraf L.G. To what extent can design of molecular precursors control the preparation of high tech oxides? J. Mater. Chem. 2004;14:3113-3123. https://doi.org/10.1039/B407204AМалютин А.В. Наноструктуры взаимодействия металлноситель в нанесенных катализаторах Me/Ce0.72 Zr0.18 Pr0.1 O 2 (где Me = Pt, Pd, Ru): дисс. канд. хим. наук. М.: РХТУ; 2014. 198 с.Malyutin A.V. Nanostructures of metal-carrier interaction in supported catalysts Me/Ce 0.72 Zr0.18 Pr0.1 O 2 (where Me = Pt, Pd, Ru): Cand. Sci. Thesis. Moscow: RHTU; 2014. 198 p. (in Russ.).Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. М.: Мир; 1966. 411 с.Nakamoto K. Infrakrasnye spektry neorganicheskikh i koordinatsionnykh soedinenii (Infrared spectra of inorganic and coordination compounds). Moscow: Mir; 1966. 411 p. (in Russ.).Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. Практическое руководство. М.: Мир; 1965. 216 с.Nakanisi K. Infrakrasnye spektry i stroenie organicheskikh soedinenii. Prakticheskoe rukovodstvo (Infrared spectra and structure of organic compounds. A practical guide). Moscow: Mir; 1965. 216 p. (in Russ.).Недома И. Расшифровка рентгенограмм порошков. М.: Металлургия; 1975. 423 с.Nedoma I. Rasshifrovka rentgenogramm poroshkov (Decoding of powder X-ray diffraction patterns). Moscow: Metallurgiya; 1975. 423 p. (in Russ.).Svetogorov R.D., Dorovatovskii P.V., Lazarenko V.A. Belok/XSA diffraction beamline for studying crystalline samples at Kurchatov Synchrotron Radiation Source. Cryst. Res. Tech. 2020;55(5):1900184. https://doi.org/10.1002/crat.201900184Svetogorov R.D., Dorovatovskii P.V., Lazarenko V.A. Belok/XSA diffraction beamline for studying crystalline samples at Kurchatov Synchrotron Radiation Source. Cryst. Res. Tech. 2020;55(5):1900184. https://doi.org/10.1002/crat.201900184Светогоров Р.Д. Программа для ЭВМ «Dionis Diffraction Open Integration Software»: свидетельство о государственной регистрации № 2018660965 РФ. Заявка № 2018618585; заявл. 10.08.2018; опубл. 30.08.2018.Svetogorov R.D. Computer program Dionis Diffraction Open Integration Software: RF, Certificate of State Registration No. 2018660965, 30.08.2018.Hubbard C.R., Evans E.H., Smith D.K. The reference intensity ratio, I/Ic, for computer simulated powder patterns. J. Appl. Crystallogr. 1976;9(2):169-174. https://doi.org/10.1107/S0021889876010807Hubbard C.R., Evans E.H., Smith D.K. The reference intensity ratio, I/Ic, for computer simulated powder patterns. J. Appl. Crystallogr. 1976;9(2):169-174. https://doi.org/10.1107/S0021889876010807Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: Мир; 1991. 536 с. ISBN 5-03-001749-6Nakamoto K. IK-spektry i spektry KR neorganicheskikh i koordinatsionnykh soedinenii (IR and Raman spectra of inorganic and coordination compounds). Moscow: Mir; 1991. 536 p. (in Russ.). ISBN 5-03-001749-6Hajba L., Mink J., KuЁhn F.E., Goncёalves I.S. Raman and infrared spectroscopic and theoretical studies ofdinuclear rhenium and osmium complexes, M2 (O2 CCH3 )4 X 2 (M = Re, Os; X = Cl, Br). Inorg. Chim. Acta. 2006;359:4741-4756. https://doi.org/10.1016/j.ica.2006.03.019Hajba L., Mink J., KuЁhn F.E., Goncёalves I.S. Raman and infrared spectroscopic and theoretical studies of dinuclear rhenium and osmium complexes, M2 (O2 CCH3 )4 X2 (M = Re, Os; X = Cl, Br). Inorg. Chim. Acta. 2006;359:4741-4756. https://doi.org/10.1016/j.ica.2006.03.019Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды. М.: Наука; 1973. 208 с.Yukhnevich G.V. Infrakrasnaya spektroskopiya vody (Infrared spectroscopy of water.) Moscow: Nauka; 1973. 208 p. (in Russ.).Козлова Н.И., Кесслер В.Г., Турова Н.Я., Белоконь А.И. Масс-спектрометрическое и ИК спектральное исследование алкоголятов молибдена (VI). Полимерия алкоголятов. Коорд. химия. 1989;15(11):1524-1534.Kozlova N.I., Kessler V.G., Turova N.Ya., Belokon A.I. Mass spectrometric and IR spectral study of molybdenum (VI) alcoholates. Polymer of alcoholates. Koord. khimiya = Russ. J. Coord. Chem.1989;15(11):1524-1534 (in Russ.).Sheibley D.W., Fowler M.H. Infrared spectra of various metal oxides in the region of 2 to 26 microns. NASALangley; 1966. 65 p.Sheibley D.W., Fowler M.H. Infrared spectra of various metal oxides in the region of 2 to 26 microns. NASALangley; 1966. 65 p.Диаграммы состояния двойных металлических систем: в 3-х т.; под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение; 1996. Т. 3. Кн. 2. Рений-Рутений; 2000. С. 119.Lyakishev N.P. (Ed.). Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem: v 3-kh t.; T. 3. Kn. 2. Renii–Rutenii (State diagrams of binary metal systems: in 3 volumes. V. 3. Book 2. Rhenium–Ruthenium). Moscow: Mashinostroenie; 1996; 2000. P. 199.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.