合成方法与反应条件对RE2Ti2O7焦绿石型氧化物长程及局部结构的影响

《Canadian Journal of Chemistry》：Effect of synthesis method and reaction conditions on the long-range and local structure of RE2Ti2O7 pyrochlore-type oxides

当前研究探讨了溶液法合成稀土掺杂钛酸钡（Gd2Ti2O7和Yb2Ti2O7）的可行性，通过共沉淀和溶胶-凝胶法显著降低传统高温烧结（1000-800℃）需求，并评估其辐照抗性。实验表明合成方法及热处理条件对材料抗辐照性能无显著影响，为核废料陶瓷固化提供了新工艺思路。

　　

摘要

目前管理高放射性核废料的计划可能包括将其封存于硼硅酸盐玻璃中，并考虑将其最终处置在地质储存库中。然而，由于陶瓷氧化物（如焦绿石）具有较高的化学耐久性和废物容纳能力，人们对其作为替代核废料材料表现出浓厚的兴趣。陶瓷法常用于合成RE₂Ti₂O₇类型的焦绿石氧化物，但该过程需要较高的温度和较长的反应时间，因此在大规模生产方面经济性较差。基于溶液的合成方法（如共沉淀法和溶胶-凝胶法）通过缩短反应物之间的扩散距离，显著降低了反应所需的温度。本研究探讨了利用这些合成方法制备RE₂Ti₂O₇（其中RE元素为Gd或Yb）的效果，并对其抗辐射损伤能力进行了研究。通过粉末X射线衍射、X射线近边吸收光谱（XANES）和扩展X射线吸收精细结构技术分析了RE₂Ti₂O₇的相变情况；同时利用掠角X射线吸收光谱（GA-XANES）研究了离子注入对材料结构的影响。研究结果表明，通过溶液法混合反应物后，在1000°C的低温下即可使Yb₂Ti₂O₇主要形成焦绿石结构；而Gd₂Ti₂O₇则在800°C的低温下也能形成焦绿石结构。此外，合成方法、退火温度、退火时间的变化，以及材料中仅含有焦绿石结构还是同时含有焦绿石与氟石缺陷结构，并不会影响Yb₂Ti₂O₇或Gd₂Ti₂O₇的抗辐射损伤能力。