chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2017-12-3-52-57chemicallytech-93Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВSyNTHESIS OF GALLIUM SULFATEСИНТЕЗ СУЛЬФАТА ГАЛЛИЯПройдаковаВ. Ю.ProydakovaV. Yu.

магистр кафедры химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Moscow 119571, Russia

vera.proydakova@gmail.comКузнецовС. В.KuznetsovS. V.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

119991, Россия, Москва, ул. Вавилова, д. 38

Moscow 119991, Russia

noemail@neicon.ruВороновВ. В.VoronovV. V.

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией

119991, Россия, Москва, ул. Вавилова, д. 38

Moscow 119991, Russia

noemail@neicon.ruФедоровП. П.FedorovP.

доктор химических наук, профессор кафедры химии и технологии редких и рассеянных элементов, наноразмерных и композиционных материалов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

заведующий лабораторией

119991, Россия, Москва, ул. Вавилова, д. 38

Moscow 119571, Russia

Moscow 119991, Russia

noemail@neicon.ruМосковский технологический университет (Институт тонких химических технологий)РоссияMoscow Technological University (Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАНРоссияA.M. Prokhorov Institute of General PhysicsRussian Federation2017280620171235257Copyright © Proydakova V.Y., Kuznetsov S.V., Voronov V.V., Fedorov P.П., 20172017Пройдакова В.Ю., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Федоров П.П.Proydakova V.Y., Kuznetsov S.V., Voronov V.V., Fedorov P.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/93

Trivalent gallium compounds are structural analogs of the elements with variable valency in (+3) oxidation state that can be used as cathode materials for electrochemical power devices (iron, vanadium, chromium). Literature data about gallium(III) sulfate are quite scarce. So, we developed a preparation technique for synthesizing Ga2(SO4)3 from Ga(CH3COO)2OH as a starting material. The latter was dissolved in sulfuric acid. Then gallium(III) sulfate hydrate was precipitated under cooling. The obtained precipitate is extremely hygroscopic, and it deliquesces quickly under aerobic ambient conditions. The synthesized gallium(III) sulfate hydrate was dried on the filter and then kept in vacuum at 10-2 torr for two hours to remove traces of water and acetic acid. Gallium(III) sulfate, its intermediates and products of its thermal treatment were studied by differential thermal analysis (DTA) and X-ray diffraction phase analysis. The content of crystallization water in gallium(III) sulfate hydrate was determined, and the composition of the crystallohydrate was established as Ga2(SO4)3·18H2O. (The original X-ray diffraction pattern of the latter is disclosed below in this paper.) The mentioned crystallohydrate lost its water in six steps within 40-350 °С temperature range and formed anhydrous Ga2(SO4)3, which, in turn, decomposed at 700 °С and produced nanocrystalline gallium oxide, Ga2O3. Anhydrous gallium(III) sulfate is slightly hygroscopic, so it should be stored in a desiccator. It was found that propanol-2 (isopropanol) can be used to precipitate gallium(III) sulfate from aqueous sulfuric acid: isopropanol extracts acetic acid and, thus, exhibits salting-out activity. The formed amorphous precipitate partially loses its mass when heated up to 400 °С. However, a single phase Ga2(SO4)3 specimen could not be synthesized by this method. Considering similarities between gallium and indium, it can be assumed that Ga2(SO4)3 precipitate is contaminated by gallium oxosulfate.

Соединения галлия(III) являются кристаллохимическими аналогами соединений элементов переменной валентности в степени окисления (+3), представляющие интерес как катодные материалы для электрохимических источников тока (железо, ванадий, хром). Литературные данные о сульфате галлия немногочисленны. Разработана методика синтеза безводного Ga2(SO4)3 из основного ацетата галлия. Образующийся гидратированный сульфат галлия чрезвычайно гигроскопичен. Его сушили на фильтре, а затем в динамическом вакууме 10-2 Торр, в течение 2 ч с целью удаления воды и остатков уксусной кислоты. Сульфат галлия, полупродукты его синтеза и продукты термической обработки изучены методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа. Рассчитано количество кристаллизационной воды и установлен состав кристаллогидрата Ga2(SO4)3∙18H2O. В интервале температур 40-350 ºС кри-сталлогидрат теряет воду в шесть стадий до безводного Ga2(SO4)3, который, в свою очередь, разлагается при 700 ºС, образуя нанокристаллический оксид Ga2O3. Безводный сульфат галлия слабо гигроскопичен и требует хранения в эксикаторе. Показано, что для выделения сульфата галлия из сернокислого раствора может быть использован пропанол-2, экcтрагирующий уксусную кислоту и, как следствие, обладающий высаливающим действием. Образуется аморфное вещество, который теряет массу при нагревании до 400 ºС. Однако рентгенографически чистый Ga2(SO4)3 получить таким образом не удается. По аналогии с соединениями индия можно предположить частичное образование оксосульфата галлия.

галлийсульфат галлиятермогравиметрический анализрентгенофазовый анализGa2(SO4)3galliumgallium sulfateGa2(SO4)3thermogravimetric analysisX-ray diffraction phase analysisReferencesPalacin M.R. Recent advances in rechargeable battery materials: a chemist’s perspective // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. P. 2565-2575.Palacin M.R. Recent advances in rechargeable battery materials: a chemist’s perspective // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. P. 2565–2575.Dunn B., Kamath H., Tarascon J.M. Electrical energy storage for the grid: a battery of choices // Science. 2011. V. 1334. P. 928-935.Dunn B., Kamath H., Tarascon J.M. Electrical energy storage for the grid: a battery of choices // Science. 2011. V. 1334. P. 928–935.Wang Y., Li H., Chen M., Yang X., Jiang D. Synthesis and electrochemical performance of LiFePO4/C cathode materials from Fe2O3 for high-power lithium-ion batteries // Ionics. 2017. V. 23. № 2. P. 377-384.Wang Y., Li H., Chen M., Yang X., Jiang D. Synthesis and electrochemical performance of LiFePO4/C cathode materials from Fe2O3 for high-power lithium-ion batteries // Ionics. 2017. V. 23. № 2. P. 377–384.Xiang X., Zhang K., Chen J. Recent advances and prospects of cathode materials for sodium-ion batteries // Adv. Mater. 2015. V. 27. P. 5343-5364.Xiang X., Zhang K., Chen J. Recent advances and prospects of cathode materials for sodium-ion batteries // Adv. Mater. 2015. V. 27. P. 5343–5364.Barpanda P., Oyama G., Ling C.D., Yamada A. Krohnkite-type Na2Fe(SO4)2·2H2O as a novel 3.25 V insertion compound for Na-ion batteries // Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 1297-1299.Barpanda P., Oyama G., Ling C.D., Yamada A. Krohnkite-type Na2Fe(SO4)2·2H2O as a novel 3.25 V insertion compound for Na-ion batteries // Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 1297–1299.Ivanova R.V. Khimiya i tekhnologiya galliya [Chemistry and technolodgy of gallium]. Moscow: Metallurgiya Publ., 1973. 320 p. (in Russ.).Ivanova R.V. Khimiya i tekhnologiya galliya [Chemistry and technolodgy of gallium]. Moscow: Metallurgiya Publ., 1973. 320 p. (in Russ.).Fedorov P.I., Mokhosoev M.V., Alexeev F.P. Khimiya galliya, indiya i talliya [Chemistry of gallium, indium and tallium]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1977. 224 p. (in Russ.).Fedorov P.I., Mokhosoev M.V., Alexeev F.P. Khimiya galliya, indiya i talliya [Chemistry of gallium, indium and tallium]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1977. 224 p. (in Russ.).Yatcenko S.P. Solubility isothe8. Yatcenko S.P. Solubility isotherm in the Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-SO3-H2O system at 20-degrees // Zhurn. neorg. khimii rm in the Ga2O3-SO3-H2O system at 20-degrees // Zhurn. neorg. khimiiYatcenko S.P. Solubility isotherm in the Ga2O3-SO3-H2O system at 20-degrees // Zhurn. neorg. khimii (Russian J. Inorg. Chem.). 1961. V. 6. P. 1922–1925 (in Russ.).Fricke R., Blencke W. Beiträge zur chemie des galliums // Z. anorg. allg. Chem. 1925. B.143. S. 183-193.10. Kokkoros P.A. Röntgenuntersuchung der wasserfreien Sulfate der dreiwertigen Metalle Eisen, Chrom und Gallium // Tscher. Miner. Petrog. 1965. V. 10. P. 45-51.Fricke R., Blencke W. Beiträge zur chemie des galliums // Z. anorg. allg. Chem. 1925. B.143. S. 183–193.Krause M., Gruehn R. Contributions on the thermal behavior of sulphates. XVII. Single crystal structure refinements of In<sub>2</sub>(SO4)<sub>3 </sub>and Ga2(SO4)3 // Z. Krist. 1995. Bd. 210. S. 427-431.Kokkoros P.A. Röntgenuntersuchung der wasserfreien Sulfate der dreiwertigen Metalle Eisen, Chrom und Gallium // Tscher. Miner. Petrog. 1965. V. 10. P. 45–51.Baudler M., Brauer G., Feher F., F. Huber, Klement R., Kwasnik W., Schenk P.W., Schmeisser M., Steudel R. Handbuch der praparativen Anorganischen Chemie. Stuttgart: Enke Verlag, 1975. 608 s.Krause M., Gruehn R. Contributions on the thermal behavior of sulphates. XVII. Single crystal structure refinements of In2(SO4)3 and Ga2(SO4)3 // Z. Krist. 1995. Bd. 210. S. 427–431.Fedorov P.I., Jiang Chi-Juing. The system Na, Al//SO4 // Zhurn. neorg. khimii (Russian J. Inorg. Chem.). 1966. V. 11. № 3. P. 669-671 (in Russ.).Baudler M., Brauer G., Feher F., F. Huber, Klement R., Kwasnik W., Schenk P.W., Schmeisser M., Steudel R. Handbuch der praparativen Anorganischen Chemie. Stuttgart: Enke Verlag, 1975. 608 s.Fedorov P.I., Akchurin R.H. Indium. М.: Nauka Publ., 2000. 276 p. (in Russ.); Peking: Ed. Peking University Press, 2005 (in Chinese).Fedorov P.I., Jiang Chi-Juing. The system Na, Al//SO4 // Zhurn. neorg. khimii (Russian J. Inorg. Chem.). 1966. V. 11. № 3. P. 669–671 (in Russ.).Fedorov P.I., Akchurin R.H. Indium. М.: Nauka Publ., 2000. 276 p. (in Russ.); Peking: Ed. Peking University Press, 2005 (in Chinese).Fedorov P.I., Akchurin R.H. Indium. М.: Nauka Publ., 2000. 276 p. (in Russ.); Peking: Ed. Peking University Press, 2005 (in Chinese).

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