Низкотемпературное фазообразование в системе BaF 2 –LaF 3

Александров А. А.; Брагина А. Г.; Сорокин Н. И.; Воронов В. В.; Лугинина А. А.; Кузнецов С. В.; Иванов В. К.; Федоров П. П.

doi:10.31857/S0002337X23030016

Низкотемпературное фазообразование в системе BaF₂–LaF₃

作者: Александров А.¹^,2, Брагина А.¹, Сорокин Н.³, Воронов В.¹, Лугинина А.¹, Кузнецов С.¹, Иванов В.², Федоров П.¹
隶属关系:
1. Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
2. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук
3. Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллографии и фотоники” Российской академии наук
期: 卷 59, 编号 3 (2023)
页面: 306-316
栏目: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140170
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23030016
EDN: https://elibrary.ru/YQIUKH
ID: 140170

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

Порошки фторидов бария-лантана синтезированы из нитратов бария и лантана в расплаве нитрата натрия с использованием фторида натрия в качестве фторирующего агента при 350 и 450°C. Пятикратный избыток фторида натрия предотвращает пирогидролиз. Выявлено образование фазы переменного состава флюоритовой структуры Ba_1–xLa_xF_2+x (0.3 < x < 0.5), обладающей высокой ионной проводимостью 2.3 × 10⁻⁴ См/см при 500 К и энтальпией активации ионного переноса 0.50 ± 0.01 эВ.

关键词

фторид бария, фторид лантана, флюорит, гидролиз, синтез в солевом расплаве, нитрат натрия, ионная проводимость

参考

Sobolev B.P., Tkachenko N.L. Phase Diagrams of BaF2-(Y,Ln)F3 Systems // J. Less-Common Met. 1982. V. 85. P. 155. https://doi.org/10.1016/0022-5088(82)90067-4
Wapenaar K.E.D., Van Koesveld J.L., Schoonman J. Conductivity Enhancement in Fluorite-Structured Ba1–xLaxF2+x Solid Solutions // Solid State Ionics. 1981. V. 2. P. 145. https://doi.org/10.1016/0167-2738(81)90172-7
Fedorov P.P., Turkina T.M., Sobolev B.P., Mariani E., Svantner M. Ionic Conductivity in the Single Crystals of Non-Stoichiometric Fluorite Phases M1–xRxF2+x (M = Ca, Sr, Ba; R = Y, La-Lu) // Solid State Ionics. 1982. V. 6. P. 331. https://doi.org/10.1016/0167-2738(82)90018-2
Ivanov-Shits A.K., Sorokin N.I., Fedorov P.P., Sobolev B.P. Specific Features of Ion Transport in Nonstoichiometric Fluorite-type Ba1–xRxF2+x (R = La-Lu) Phases // Solid State Ionics. 1989. V. 31. P. 269. https://doi.org/10.1016/0167-2738(89)90466-9
Kolesik M., Tnega D., Sobolev B.P. A Study of the Disorder in Heavily Doped Ba1–xLaxF2+x by Raman Scattering // Phys. Status Solidi B. 1990. V. 160. P. 375–380.
Tu J.J., Sievers A.J. Experimental Study of Raman-Active Two-Level Systems and the Boson Peak in LaF3-Doped Fluorite Mixed Crystals // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. № 094206. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.094206
Аминов Л.К., Куркин И.Н., Курзин С.П., Громов И.А., Мамин Г.В., Рахматуллин Р.М. Обнаружение кубооктаэдрических кластеров в смешанных кристаллах Ba1–xLaxF2+x методом ЭПР // ФТТ. 2007. Т. 49. № 11. С. 1990–1993.
Preishuber-Pflügl F., Bottke P., Pregartner V., Bitschnau B., Wilkening M. Correlated Fluorine Diffusion and Ionic Conduction in the Nanocrystalline F-Solid Electrolyte Ba0.6La0.4F2.4-19FT1(p) NMR Relaxation vs. Conductivity Measurements // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. P. 9580–9590. https://doi.org/10.1039/C4CP00422A
Rammutla K.E., Comins J.D., Erasmus R.M., Netshisaulu T.T., Ngoepe P.E., Chadwick A.V. Light Scattering and Computer Simulation Studies of Superionic Pure and La-Doped BaF2 // Chem. Phys. 2016. V. 467. P. 6–12.
Chable J., Martin A.G., Bourdin A., Body M., Legein C., Jouanneaux A., Crosnier-Lopez M.-P., Galven C., Dieudonne B., Leblanc M., Demourgues A., Maisonneuve V. Solid Electrolytes: from Microcrystalline to Nanostructured Tysonite-type La0.95Ba0.05F2.95 // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.135
Mori K., Mineshige A., Saito T., Sugiura M., Ishikawa Y., Fujisaki F., Namba K., Kamijama T., Otomo T., Abe T., Fukunaga T. Experimental Visualization of Interstitialcy Diffusion Pathways in Fast-fluoride-ion Conductivity Solid Electrolyte Ba0.6La0.4F2.4 // ACS Appl. Energy Mater. 2020. V. 3. P. 2873–1880. https://doi.org/10.21/acsaem.9b02494
Buchinskaya I.I., Karimov D.N., Sorokin N.I. La1–yBayF3–y Solid Solution Crystals as an Effective Solid Electrolyte: Growth and Properties // Crystals. 2021. V. 11. № 6. P. 629. https://doi.org/10.3390/cryst11060629
Sulyanova E., Karimov D.N., Sobolev B.P. Displacements in the Cationic Motif of Nonstoichiometric Fluorite Phases Ba1–xRxF2+x as a Result of the Formation of {Ba8[R6F68-69]} Clusters: III. Defect Cluster Structure of the Nonstoichiometric Ba0.69La0.31F2.31 Phase and its Dependence on Heat Treatment // Crystals. 2021. V. 11. № 4. P. 447. https://doi.org/10.3390/cryst11040447
Сорокин Н.И., Каримов Д.Н. Кристаллофизическая модель ионного переноса в монокристаллах супериоников Ba1–xLaxF2+x и Ca1–xYxF2+x // ФТТ. 2021. Т. 63. № 10. С. 1485–1495.
Nikolaichik V.I., Sobolev B.P., Sorokin N.I., Avilov A.S. Electron Diffraction Study and Ionic Conductivity of Fluorite and Tysonite Phases in the System // Solid State Ionics. 2022. V. 386. P. 116052. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2022.116052
Федоров П.П., Соболев Б.П. Об условиях образования максимумов на кривых плавления твердых растворов в солевых системах // Журн. неорган. химии. 1979. Т.24. № 4. С. 1038–1040.
Fedorov P.P. Heterovalent Isomorphism and Solid Solutions with a Variable Number of Ions in the Unit Cell // Russ. J. Inorg. Chem. 2000. V. 45. Suppl. 3. P. S268–S291.
Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Pt. 1. The High-Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides. Barcelona, 2000.
Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 2. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2010. 1000 с.
Потанин А.А. Твердотельный химический источник тока на основе ионного проводника типа трифторида лантана // Рос. хим. журн. 2001. Т. XLV. № 5–6. С. 58.
Сорокин Н.И., Соболев Б.П. Нестехиометрические фториды – твердые электролиты для электрохимических устройств // Кристаллография. 2007. Т. 52. № 5. С. 870–892.
Rongeat C., Anji Reddy M., Witter R., Fichtner M. Nanostructured Fluorite-Type Fluorides as Electrolytes for Fluorides as Electrolytes for Fluoride Ion Batteries // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 4943–4950. https://doi.org/10.1021/jp3117825
Gschwind F., Rodrigues-Garsia G., Sandbeck D.J.S., Gross A., Weil M., Fichtner M., Hormann N. Fluoride Ion Batteries: Theoretical Performance, Safety, Toxicity, and a Combinatorial Screening of New Electrodes // J. Fluorine Chem. 2016. V. 182. P. 76. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2015.12.002
Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. Recent Developments and Perspectives of Anionic Batteries // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Pt. 2. Introduction to Materials Science of Multicomponent Metal Fluoride Crystals. Barcelona, 2001.
Кузнецов С.В., Федоров П.П., Воронов В.В., Самарина К.С., Ермаков Р.П., Осико В.В. Синтез порошков Ba4R3F17 (R – редкоземельные элементы) из водных растворов // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 4. С. 536–545.
Федоров П.П., Александров А.А., Воронов В.В., Маякова М.Н., Брагина А.Г., Цыганкова М.В., Лысакова Е.И., Дьяченко А.Н., Иванов В.К. Синтез твердого раствора Ba1–xLaxF2+x из нитратного расплава // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. C. 794–801. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060071
Fedorov P.P., Mayakova M.N., Alexandrov A.A., Voronov V.V., Kuznetsov S.V., Baranchikov A.E., Ivanov V.K. The Melt of Sodium Nitrate as a Medium for Synthesis of Fluorides // Inorganics. 2018. V. 6. № 2. P. 38–55. https://doi.org/10.3390/inorganics6020038
Fedorov P.P., Alexandrov A.A. Synthesis of Inorganic Fluorides in Molten Salt Fluxes and Ionic Liquid Mediums // J. Fluorine Chem. 2019. V. 227. № 109374. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2019.109374
Warf J.C., Cline W.C., Tevebaugh R.D. Pyrohydrolysis in the Determination of Fluorides and Other Halides // Anal. Chem. 1954. V. 26. P. 342–346.
Fedorov P.P., Alexandrov A.A., Voronov V.V., Mayakova M.N., Baranchikov A.E., Ivanov V.K. Low-Temperature Phase Formation in the SrF2–LaF3 System // J. Am. Ceram. Soc. 2021. V. 104. № 6. P. 2836–2848. https://doi.org/10.1111/jace.17666
Круглов А.И., Кочергин В.П. Температура начала разложения смесей нитратов натрия и калия с их галогенидами // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1971. Т. 14. С. 1429–1433.
Kieser M., Greis O. Darstettung und Eignschaften der Fluoriruberstrukturphases Ba4SE3F17 mit SE = Ce-Nd, Sm-Lu und Y // Z. Anorg. Allg. Chem. 1980. B. 469. S. 164–171.
Максимов Б.А., Соланс Х., Дудка А.П., Генкина Е.А., Бардиа-Фонт М., Бучинская И.И., Лошманов А.А., Голубев А.М., Симонов В.И., Фонт-Альтаба М., Соболев Б.П. Кристаллическая структура Ba4R3F17 (R = Y, Yb), формирующаяся на основе матрицы флюорита. Упорядочение катионов и особенности анионного мотива // Кристалография. 1996. Т. 41. № 1. С. 51–59.
Федоров П.П. Применение третьего закона термодинамики к фазовым диаграммам // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 11. С. 1825–1844.
Browning P., Hyland G.J., Ralph J. The Origin of the Specific Heat Anomaly in Solid Urania // High Temp. – High Press. 1983. V. 15. P. 169–178.