Synthesis of nano-sized solid electrolyte Pr1–ySryF3–y and the effect of heat treatment on the ionic conductivity of fluoride nanoceramics

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Solid electrolyte nanoceramics Pr1–ySryF3–y (y = 0.03, sp. gr. P3c1) were obtained by high-energy grinding of melt-grown crystals followed by cold pressing. The phase composition, microstructure, morphology, and electrical properties of nanoceramics were studied using X-ray diffraction analysis, electron microscopy and impedance spectroscopy. The room temperature conductivity of the synthesized Pr0.97Sr0.03F2.97 nanoceramics (σcer = 1.7 × 10–7 S/cm) is significantly lower than the conductivity of the original single crystal (σcrys = 4.0 × 10–4 S/cm), which is due to its low (about ~74% of the theoretical value) density. Heat treatment of nanoceramics at 823 K in vacuum leads to a 3-fold increase in the value of σcer, and annealing at 1273 K in a fluorinating atmosphere results in further increase in conductivity (σcer = 4.3 × 10–5 S/cm) due to the process of collective recrystallization and significant increase the density of ceramics up to 90%. The mechanical grinding technique and subsequent heat treatment of Pr1–ySryF3–y nanopowder makes it possible to processing single-phase highly conductive ceramics. The proposed method for the synthesis of ceramic fluoride nanomaterials as a technological form of solid electrolytes is a promising direction for further developments in the field of creating fluorine-ion current sources and fluorine gas sensors.

作者简介

N. Sorokin

NRC “Kurchatov Institute”

编辑信件的主要联系方式.
Email: nsorokin1@yandex.ru

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

俄罗斯联邦, Moscow

N. Arkharova

NRC “Kurchatov Institute”

Email: nsorokin1@yandex.ru

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

俄罗斯联邦, Moscow

D. Karimov

NRC “Kurchatov Institute”

Email: dnkarimov@gmail.com

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Sobolev B.P., Sorokin N.I., Bolotina N.B. Photonic & Electronic Properties of Fluoride Materials. V. 1 // Progress in Fluorine Science / Eds. Tressaud A., Poeppelmeier K. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 465. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801639-8.00021-0
  2. Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
  3. Yiao A.W., Galatolo G., Pasta M. // Joule. 2021. V. 5. P. 2823. https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.016
  4. Scholz G. // ChemText. 2021. V. 7. P. 16. https://doi.org/10.1007/s40820-021-00133-2
  5. Patro L.N. // J. Solid State Electrochem. 2020. V. 24. P. 2219. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04769-x
  6. Потанин А.А. // Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 2001. Т. 45. № 5–6. С. 58.
  7. Anji Reddy М., Fichtner М. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 17059. https://doi.org/10.1039/c1jm13535j
  8. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Бучинская И.И. // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 8. С. 465. https://doi.org/10.31857/S0424857021070136
  9. Buchinskaya I.I., Karimov D.N., Sorokin N.I. // Crystals. 2021. V. 11. № 6. P. 629. https://doi.org/10.3390/cryst11060629
  10. Fujara F., Kruk D., Lips O. et al. // Solid State Ionics. 2008. V. 179. P. 2350. https://doi.org/1 10.1016/j.ssi.2008.10.003
  11. Denecke M.A., Gunsser W., Privalov A.V., Murin I.V. // Solid State Ionics. 1992. V. 52. P. 327. https://doi.org/10.1016/0167-2738(92)90179-S
  12. Изосимова М.Г., Лившиц А.И., Бузник В.М. и др. // ФТТ. 1986. Т. 28. № 9. С. 2644.
  13. Takahashi T., Iwahara H., Ishikava T. // J. Electrochem. Soc. 1977. V. 124. № 2. P. 280. https://doi.org/10.1149/1.2133280
  14. Мурин И.В., Глумов О.В., Амелин Ю.В. // Журн. прикл. химии. 1980. Т. 53. № 7. С. 1474.
  15. Schoonman J., Oversluzen G., Wapenaar K.E.D. // Solid State Ionics. 1980. V. 1. P. 211. https://doi.org/10.1016/0167-2738(80)90005-3
  16. Сорокин Н.И., Смирнов А.Н., Федоров П.П., Соболев Б.П. // Электрохимия. 2009. Т. 45. № 5. С. 641.
  17. Соболев Б.П., Свиридов И.А., Фадеева В.И. и др. // Кристаллография. 2008. Т. 53. № 5. С. 919.
  18. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 286. https://doi.org/10.7868/S002347611402026X
  19. Duvel A., Bednarcik J., Sepelak V., Heitjans P. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 7117. https://doi.org/10.1021/jp410018t
  20. Chable J., Martin A.G., Bourdin A. et al. // J. Alloys Compd. 2017. V. 692. P. 980. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.135
  21. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. 616 с.
  22. Stevenson A.J., Serier-Brault H., Gredin P., Mortier M. // J. Fluor. Chem. 2011. V. 132. P. 1165. https://doi.org/1016/j.jfluchem.2011.07.017
  23. Басиев Т.Т., Дорошенко М.Е., Конюшкин В.А. и др. // Изв. РАН. Сер. хим. 2008. № 5. С. 863.
  24. Дукельский К.В., Миронов И.А., Демиденко В.А. и др. // Опт. журн. 2008. Т. 75. № 11. С. 50.
  25. Соболев Б.П., Свиридов И.А., Фадеева В.И. и др. // Кристаллография. 2005. Т. 50. № 3. С. 524.
  26. Кузнецов С.В., Осико В.В., Ткаченко Е.А., Федоров П.П. // Успехи химии. 2006. Т. 75. № 12. С. 1065. https://doi.org/10.1070/RC2006v075n12ABEH003637
  27. Соболев Б.П., Сорокин Н.И., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 4. С. 609. https://doi.org/10.7868/S0023476114040195
  28. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Кривандина Е.А., Жмурова З.И. // Кристаллография. 2015. Т. 60. № 1. С. 123. https://doi.org/10.7868/S0023476115010233
  29. Sobolev B.P., Seiranian K.B. // J. Solid State Chem. 1981. V. 39. № 3. P. 337. https://doi.org/10.1016/0022-4596(81)90268-1
  30. Кривандина Е.А., Жмурова З.И., Соболев Б.П. и др. // Кристаллография. 2006. Т. 51. № 5. С. 954.
  31. Ананьева Г.В., Баранова Е.Н., Заржицкая М.Н. и др. // Неорган. материалы. 1980. Т. 16. № 1. С. 68.
  32. Сорокин Н.И., Жмурова З.И., Кривандина Е.А., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 1. С. 98. https://doi.org/10.7868/S0023476113050147
  33. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // ФТТ. 2008. Т. 50. № 3. С. 402.
  34. Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 4. С. 420.
  35. Сорокин Н.И., Фоминых М.В., Кривандина Е.А. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 2. С. 310.
  36. Petricek V., Dusek M., Palatinus L. // Z. Kristallogr. Cryst. Mat. 2014. B. 229. S. 345.
  37. Соболев Б.П., Александров В.Б., Федоров П.П. и др. // Кристаллография. 1976. Т. 21. Вып. 1. С. 96.
  38. Сорокин Н.И., Ивановская Н.А., Бучинская И.И. // ФТТ. 2023. Т. 65. № 1. С. 106. https://doi.org/10.21883/FTT.2023.01.53931.498
  39. Кривандина Е.А., Жмурова З.И., Глушкова Т.М. и др. // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 940.
  40. Сорокин Н.И., Каримов Д.Н., Ивановская Н.А. // Кристаллография. 2021. Т. 66. № 6. С. 980. https://doi.org/10.31857/S0023476121060394
  41. Barsoukov E., Macdonald J.R. Impedance spectroscopy: theory, experiment and applications. New York.: Wiley, 2005. 606 p.
  42. Breuer S., Gombotz M., Pregartner V. et al. // Energy Storage Mater. 2019. V. 16. P. 481. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.10.010
  43. Chable J., Dieudonne B., Body M. et al. // Dalton Trans. 2015. V. 44. P. 19625. https://doi.org/10.1039/c5dt02321a
  44. Bratia H., Thie D.T., Pohl H.P. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. P. 23707. https://doi.org/10.1021/acsami.7b04936
  45. Кузнецов С.В., Яроцкая И.В., Федоров П.П. и др. // Журн. неорган. химии. 2007. Т. 52. № 3. С. 364.

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024
##common.cookie##