Nanosized Lithium Aluminate (γ-LiAlO2) Synthesized by EDTA-citrate Complexing Method, Using Different Thermal Conditions

Abstract

Lithium aluminate (LiAlO₂) polymorphs have been synthesized by solid-state reaction, but these ceramics usually show certain limitations attributed to the low control on the particle size, morphology and specific surface area. In this sense, different chemical synthesis pathways, citrate precursor among them, have been studied to obtain ultrafine powders exhibiting enhanced textural and morphological features. Synthesis by citrate precursor method would involve the use of alternative chelating agents for the formation of more stable metal-chelate species, such as ethylene-diamine-tetra-acetic acid (EDTA). Thus, the aim of this work was to study the g-LiAlO₂ synthesis by EDTA-citrate complexing approach to establish the effect of the synthesis route on the structural and microstructural characteristics of the resultant powders. The synthesized ceramic powders were calcined (600-900°C) and characterized by simultaneous TG-DTA, XRD, SEM, TEM and N₂ adsorption-desorption techniques. Crystallization transition process from the precursors to the  g-LiAlO₂ phase is reported. Results show that chemical synthesis by EDTA-citrate complexing method can produce pure and crystalline g-LiAlO₂ nanoparticles at relative low temperatures (700 ºC). The possible formation mechanism is discussed.

Resumen. El aluminato de litio (LiAlO₂) en sus diferentes fases polimórficas se ha sintetizado por la técnica convencional de reacción en estado sólido; sin embargo, este método presenta ciertas limitaciones desde el punto de vista del control que se tiene en el tamaño de partícula, morfología y área específica. En este sentido, se han estudiado diferentes rutas de síntesis química para la obtención de polvos ultrafinos que presenten propiedades texturales y características morfológicas mejoradas. Entre éstas, se encuentra la síntesis por citratos precursores; un método que además del ácido cítrico, puede involucrar el uso de agentes complejantes o quelantes alternativos para promover la formación de especies más estables. Un ejemplo de lo anterior es el ácido etilendiaminotetraacético o EDTA por sus siglas en inglés. El objetivo de este trabajo es estudiar la síntesis del g-LiAlO₂ por el método del citrato precursor-EDTA y establecer el efecto de la ruta de síntesis sobre las características estructurales y microestructurales de los compuestos obtenidos. Los polvos cerámicos sintetizados fueron calcinados a diferentes temperaturas (600-900 ºC) y caracterizados por diferentes técnicas como ATG-ATD, DRX, MEB, MET y adsorción-desorción de N₂ a baja presión. Se estudió el proceso de descomposición y cristalización de los precursores hasta la obtención del óxido metálico de aluminato de litio. Los resultados muestran que el método de síntesis propuesto es adecuado para la obtención, a baja temperatura (700 ºC), de nanopartículas de la fase cristalina y pura del g-LiAlO₂. Se discute un posible mecanismo de formación del compuesto de estudio a partir de los geles precursores usados.