Кислородная емкость твердых растворов Y 0.8 Ca 0.2 BaCo 4 –    x  M  x  O 7 + δ  (M = Fe, Ga, Al; 0 &lt;  x  &lt; 1) при термоциклировании на воздухе

Туркин Д. И.; Толстов К. С.; Юрченко М. В.; Сунцов А. Ю.; Кожевников В. Л.

doi:10.31857/S0002337X23100123

Кислородная емкость твердых растворов Y_0.8Ca_0.2BaCo_{4 –} _xM_xO_{7 + δ} (M = Fe, Ga, Al; 0 < x < 1) при термоциклировании на воздухе

Authors: Туркин Д.¹, Толстов К.¹, Юрченко М.¹, Сунцов А.¹, Кожевников В.¹
Affiliations:
1. Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук
Issue: Vol 59, No 10 (2023)
Pages: 1141-1147
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/249395
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23100123
EDN: https://elibrary.ru/CDCLCA
ID: 249395

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Исследовано поведение твердых растворов Y_{1 –} _yCa_yBaCo_{4 –} _xM_xO_{7 + δ} в процессах циклического поглощения/выделения кислорода при вариациях температуры в интервале 350–580°С на воздухе. Максимальное поглощение кислорода 0.52 мас. % (325 мкмоль O/г) обнаружено для состава Y_0.8Ca_0.2BaCoO_{7 + δ}. Показано, что введение кальция и железа в структуру кобальтита YBaCo₄O_{7 + δ} способствует смещению кислородного обмена в область повышенных температур и увеличению кислородной емкости.

Keywords

нестехиометрические оксиды, кислородный обмен, термоциклирование

References

Vieten J., Bulfin B., Call F., Lange M., Schmücker M., Francke A., Roeb M., Sattler C. Perovskite Oxides for Application in Thermochemical Air Separation and Oxygen Storage // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. № 35. P. 13652–13659. https://doi.org/10.1039/C6TA04867F
Tescari S., Agrafiotis C., Breuer S., Oliveira, Neises-von Puttkamer M., Roeb M., Sattler C. Thermochemical Solar Energy Storage Via Redox Oxides: Materials and Reactor/Heat Exchanger Concepts // Energy Procedia. 2014. V. 49. P. 1034–1043. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.111
Kodama T., Gokon N. Thermochemical Cycles for High-Temperature Solar Hydrogen Production // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 10. P. 4048–4077. https://doi.org/10.1021/cr050188a
Гилев А.Р., Киселев Е.А., Черепанов В.А. Влияние содержания кобальта на физико-химические свойства твердых растворов La1.5Sr0.5Ni1 – yCoyO4 + δ // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 12. С. 1828–1835. https://doi.org/10.31857/S0044453720120110
Головачев И.Б., Трушников А.А., Волкова Н.Е., Аксенова Т.В., Черепанов В.А. Кристаллическая структура и кислородная нестехиометрия твердых растворов Ba0.9Ln0.1Fe1 – yCoyO3 – δ (Ln = Nd, Sm, Eu) // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 686–692. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060095
Федорова О.М., Ведмидь Л.Б., Димитров В.М. Влияние давления кислорода на термодинамическую стабильность Nd0.85Ba0.15MnO3 // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 10. С. 1087–1091. https://doi.org/10.1134/S0002337X19100038
Колотыгин В.А., Вискуп А.П., Пивак Е.В., Хартон Н.В. Смешанная ионно-электронная проводимость перовскитоподобных твердых растворов Ba1 – xSrx-Fe1 – yTiyO3 – δ и BaTi0.5Fe0.5 – zCezO3 – δ // Электрохимия. 2020. Т. 56. № 2. С. 119–126. https://doi.org/10.31857/S0424857020020061
Karppinen M., Yamauchi H., Otani S., Fujita T., Motohashi T., Huang Y.-H., Valkeappa M., Fjellvag H. Oxygen Nonstoichiometry in YBaCo4O7 + δ: Large Low-Temperature Oxygen Absorption/Desorption Capability // Chem. Mater. 2006. V. 18. № 2. P. 490–494. https://doi.org/10.1021/cm0523081
Hao H., Cui J., Chen C., Pan L., Hu J., Hu X. Oxygen Adsorption Properties of YBaCo4O7-Type Compounds // Solid State Ionics. 2006. V. 177. № 7–8. P. 631–637. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.030
Chen T., Hasegawa T., Asakura Y., Kakihana M., Motohashi T., Yin S. Improvement of the Oxygen Storage/Release Speed of YBaCo4O7 + δ Synthesized by a Glycine-Complex Decomposition Method // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 43. P. 51008–51017. https://doi.org/10.1021/acsami.1c15419
Nagai Y., Yamamoto T., Tanaka T., Youhida S., Nonaka T., Okamoto T., Suda A., Suqiura M. X-ray Absorption Fine Structure Analysis of Local Structure of CeO2–ZrO2 Mixed Oxides with the Same Composition Ratio (Ce/Zr = 1) // Catal. Today. 2002. V. 74. № 3–4. P. 225–234. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(02)00025-1
Kaspar J., Fornasiero P. Nanostructured Materials for Advanced Automotive De-pollution Catalysts // J. Solid State Chem. 2003. V. 171. № 1–2. P. 19–29. https://doi.org/10.1016/S0022-4596(02)00141-X
Räsänen S., Yamauchi H., Karppinen M. Oxygen Absorption Capability of YBaCo4O7 + δ // Chem. Lett. 2008. V. 37. № 6. P. 638–639. https://doi.org/10.1246/cl.2008.638
Wang S., Hao H., Zhu B., Jia J., Hu X. Modifying the Oxygen Adsorption Properties of YBaCo4O7 by Ca, Al, and Fe Doping // J. Mater. Sci. 2006. V. 43. № 15. P. 5385–5389. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2806-8
Zhang K., Zhu Z., Ran R., Shao Z., Jin W., Liu S. Layered Perovskite Y1−xCaxBaCo4O7+δ as Ceramic Membranes for Oxygen Separation // J. Alloys Compd. 2010. V. 492. № 1–2. P. 552–558. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.11.173
Parkkima O., Yamauchi H., Karppinen M. Oxygen Storage Capacity and Phase Stability of Variously Substituted YBaCo4O7 + δ // Chem. Mater. 2013. V. 25. № 4. P. 599–604. https://doi.org/10.1021/cm3038729
Hao H., He Q., Cheng Y., Zhao L. Oxygen Adsorption and Electronic Transport Properties of Fe-Substituted YBaCo4O7 Compounds // Mater. Res. Bull. 2014. V. 53. P. 84–88. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.01.042
Motohashi T., Kadota S., Fjellvag H., Karppinen M., Yamauchi H. Uncommon Oxygen Intake/Release Capability of Layered Cobalt Oxides, REBaCo4O7 + δ: Novel Oxygen-Storage Materials // Mater. Sci. Eng. B. 2008. V. 148. № 1–3. P. 196–198. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.09.052
Räsänen S., Parkkima O., Rautama E.-L., Yamauchi H., Karppinen M. Ga-for-Co Substitution in YBaCo4O7 + δ: Effect on High-Temperature Stability and Oxygen-Storage Capacity // Solid State Ionics. 2012. V. 208. P. 31–35. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2011.11.028
Räsänen S., Motohashi T., Yamauchi H., Karppinen M. Stability and Oxygen-Storage Characteristics of Al-Substituted YBaCo4O7 + δ // J. Solid State Chem. 2010. V. 183. № 3. P. 692–695. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2010.01.010
Turkin D.I., Yurchenko M.V., Tolstov K.S., Shalamova A.M., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. Oxygen Exchange and Phase Stability of Y0.8Ca0.2BaCo4–xMxO7+δ (M = Fe, Ga, Al) // J. Solid State Chem. 2023. V. 326. P. 124194. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124194
Avci S., Chmaissem O., Zheng H., Hug A., Manuel P., Mitchell J.F. Oxygen Stoichiometry in the Geometrically Frustrated Kagomé System YBaCo4O7+δ: Impact on Phase Behavior and Magnetism // Chem. Mater. 2013. V. 25. № 21. P. 4188–4196. https://doi.org/10.1021/cm401710b
Lai K.-L., Manthiram A. Phase Stability, Oxygen-Storage Capability, and Electrocatalytic Activity in Solid Oxide Fuel Cells of (Y,In,Ca)BaCo4–yGayO7+δ // Chem. Mater. 2016. V. 28. № 24. P. 9077–9087. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b04122
Rodríguez-Carvajal J. Recent Advances in Magnetic Structure Determination by Neutron Powder Diffraction // Physica B. 1993. V. 192. № 1–2. P. 55–59. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90108-I
Valldor M., Andersson M. The Structure of the New Compound YBaCo4O7 with a Magnetic Feature // Solid State Sci. 2002. V. 4. № 7. P. 923–931. https://doi.org/10.1016/S1293-2558(02)01342-0
Caignaert V., Pralong V., Hardy V., Ritter C., Raveau B. Magnetic Structure of CaBaCo4O7: Lifting of Geometrical Frustration towards Ferrimagnetism // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2010. V. 81. № 9. P. 094417. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.094417