Оксид гадолиния принимает две структуры. Кубическая ( cI80 , Ia 3 ), № 206 ) структура похожа на структуру оксида марганца(III) и тяжелых трехвалентных сесквиоксидов лантаноидов. Кубическая структура имеет два типа участков гадолиния, каждый с координационным числом 6, но с различной координационной геометрией. Второй полиморф является моноклинным ( символ Пирсона mS30, пространственная группа C2/m, № 12). [3] При комнатной температуре кубическая структура более стабильна. Фазовый переход в моноклинную структуру происходит при 1200 °C. Выше 2100 °C до точки плавления 2420 °C доминирует гексагональная фаза. [4]
Подготовка и химия
Оксид гадолиния может быть образован путем термического разложения гидроксида, нитрата, карбоната или оксалатов. [5] Оксид гадолиния образуется на поверхности металлического гадолиния.
Оксид гадолиния является довольно основным оксидом, на что указывает его легкая реакция с диоксидом углерода с образованием карбонатов. Он легко растворяется в обычных минеральных кислотах с той осложняющей особенностью, что оксалат , фторид, сульфат и фосфат очень нерастворимы в воде и могут покрывать зерна оксида, тем самым препятствуя полному растворению. [6]
Наночастицы Gd2О3
Известно несколько методов синтеза наночастиц оксида гадолиния , в основном основанных на осаждении гидроксида путем реакции ионов гадолиния с гидроксидом, с последующей термической дегидратацией до оксида. Наночастицы всегда покрыты защитным материалом, чтобы избежать образования более крупных поликристаллических агрегатов. [7] [8] [9]
Наночастицы оксида гадолиния являются потенциальным контрастным агентом для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Препарат оксида гадолиния размером 20–40 нм, покрытый декстраном, имел релаксивность 4,8 с −1 мМ −1 на ион гадолиния при 7,05 Тл (необычно высокое поле по сравнению с клинически используемыми сканерами МРТ, которые в основном находятся в диапазоне от 0,5 до 3 Тл). [7] Более мелкие частицы, от 2 до 7 нм, были испытаны в качестве агента МРТ. [8] [9]
Потенциальные приложения
Оксид гадолиния (III) является основным материалом в некоторых твердотельных лазерах. Легированный редкоземельными ионами, такими как неодим или эрбий , Gd₂O₃ может производить лазеры с высокой эффективностью и определенными длинами волн, которые важны в различных приложениях, включая телекоммуникации и медицинские процедуры. [10]
^ Прадьот Патнаик. Справочник по неорганическим химикатам . McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8 .
^ Ибрагим, Майкл; Хажиркарзар, Бита; Дублин, Артур (2023). «Гадолиний магнитно-резонансная томография». Национальная медицинская библиотека . StatPearls Publishing . Получено 8 июля 2024 г.
^ Уэллс, А. Ф. (1984) Структурная неорганическая химия, 5-е издание, Oxford Science Publications. ISBN 0-19-855370-6 .
^ Адачи, Гин-я; Иманака, Нобухито (1998). «Двоичные оксиды редкоземельных элементов». Chemical Reviews . 98 (4): 1479–1514. doi :10.1021/cr940055h. PMID 11848940.
^ Коттон, С. (2006) Химия лантаноидов и актинидов Wiley ISBN 0-470-01006-1 стр. 6
^ Йост, Д.М., Рассел, Х.-младший, Гарнер, К.С. Редкоземельные элементы и их соединения , Wiley, 1947.
^ ab Макдональд, М; Уоткин, К (2006). «Исследования физико-химических свойств декстрановых мелкодисперсных наночастиц оксида гадолиния». Академическая радиология . 13 (4): 421–27. doi :10.1016/j.acra.2005.11.005. PMID 16554221.
^ аб Бридо, Жан-Люк; Фор, Анн-Шарлотта; Лоран, Софи; Ривьер, Шарлотта; Биллоти, Клэр; Хиба, Бассем; Жанье, Марк; Жоссеран, Вероник; и др. (2007). «Гибридные наночастицы оксида гадолиния: мультимодальные контрастные вещества для визуализации in vivo». Журнал Американского химического общества . 129 (16): 5076–84. дои : 10.1021/ja068356j. ПМИД 17397154.
^ аб Энгстрем, Мария; Классон, Анна; Педерсен, Хенрик; Валберг, Сесилия; Келл, Пер-Олов; Увдал, Кайса (2006). «Высокая протонная релаксация для наночастиц оксида гадолиния». Магнитно-резонансные материалы в физике, биологии и медицине . 19 (4): 180–86. дои : 10.1007/s10334-006-0039-x. PMID 16909260. S2CID 23259790.
^ Исмаил, NAN; Заид, MHM (2023). «Роль Gd2O3 в перестройке структуры и упругих свойствах стеклянной системы ZnO-Al2O3-B2O3-SiO2». Optik . 276 . doi :10.1016/j.ijleo.2023.170659.
^ "OX1082 Оксид гадолиния (Gd2O3)". Stanford Advanced Materials . Получено 8 июля 2024 г. .
^ Шах, МАК; Лу, Юйчжэн (2023). «Проектирование электролита на основе церия, легированного гадолинием, для низкотемпературного электрохимического преобразования энергии». Международный журнал водородной энергетики . 48 (37): 14000–14011. doi : 10.1016/j.ijhydene.2022.12.314 .
