Дизайн атомной структуры и электронного строения тройных тетраэдрических структур на основе апатита кальция

Abstract

Дослiджено вплив анiонних тетраедричних замiщень у структурi гiдроксоапатиту на атомну та електронну будову сполук Ca10(PO4)x(VO4)y(AsO4)z(OH)2, де x = 1, 2, 4; y = 1, 2, 4; z = 1, 2, 4 (x+y+z = 6). Метод ЯМР з обертанням пiд магiчним кутом разом з IЧ спектроскопiєю показали, що замiщення фосфору ванадiєм i миш’яком приводить до зростання параметрiв гратки, що, в свою чергу, супроводжується змiною вiдстаней i перерозподiлом електронної густини в XO4^3− -анiонах. Виходячи з даних, отриманих за допомогою рентгенiвської фотоелектронної спектроскопiї, а також ЯМР, було встановлено, що збiльшення вiдстанi мiж iонами фосфору i кисню приводить до iстотного збiльшення iонної складової хiмiчного зв’язку, причому заряд перерозподiлюється виключно мiж iонами кисню i вiдповiдним елементом всерединi XO4^3− -анiону, не впливаючи на пiдгратку атомiв металу.

A systematic study of the anionic tetrahedral substitution in hydroxyapatite structures is carried out with the aim of understanding the impact of anion exchange on the crystalline and electronic structure of these materials. Hydroxyapatites with variable PO4^3−, VO4^3−, AsO4^3− contents are characterized by XPS, NMR, and IR spectroscopy. IR and MAS NMR analyses indicate that the lattice parameters increase progressively as the substitution degree of phosphorus by vanadium and by arsenic increases. This leads to changes in distances of XO4^3− -anions accompanied by the essential redistribution of electronic densities. By XPS and MAS NMR, it is established that an increase in the distance between phosphorus and oxygen results in an increase of the ionic component of the primary strongly pronounced covalent bond in hydroxylapatite, but the charge redistribution takes place only between oxygen and the appropriate chemical element inside of XO4^3− and don’t affect the metallic sublattice.