Proton Conductivity in Rare-Earth Fluorine-Containing Molybdates NaLn4Mo3O15F

E. D. Baldin; Балдин Е. Д.; T. A. Sorokin; Сорокин Т. А.; E. I. Orlova; Орлова Е. И.; N. V. Gorshkov; Горшков Н. В.; E. P. Kharitonova; Харитонова Е. П.; N. V. Lyskov; Лысков Н. В.; V. G. Goffman; Гоффман В. Г.; V. I. Voronkova; Воронкова В. И.

doi:10.31857/S0424857023010164

Протонная проводимость в редкоземельных фторсодержащих молибдатах NaLn₄Mo₃O₁₅F

Авторы: Балдин Е.Д.¹, Сорокин Т.А.², Орлова Е.И.³, Горшков Н.В.⁴, Харитонова Е.П.³, Лысков Н.В.⁵, Гоффман В.Г.⁴, Воронкова В.И.³
Учреждения:
1. Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
2. Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
3. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет
4. Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина
5. Институт проблем химической физики РАН
Выпуск: Том 59, № 1 (2023)
Страницы: 61-67
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0424-8570/article/view/139230
DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023010164
EDN: https://elibrary.ru/JXBNXH
ID: 139230

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом твердофазного синтеза на воздухе получены фторсодержащие флюоритоподобные соединения состава NaLn₄Mo₃O₁₅F, Ln = La, Pr, Nd, и исследованы их термомеханические и проводящие свойства, а также гигроскопичность. Подтверждено, что полученные образцы изоструктурны кубическим соединениям Ln₅Mo₃O₁₆ с флюоритоподобной структурой. Показано, что в температурном интервале 20–600°C образцы NaLn₄Mo₃O₁₅F (Ln = La, Pr, Nd) расширяются линейно, а их коэффициенты термического расширения (13–14) × 10^–6 K^–1 близки по значениям коэффицентам стандартных электролитов ТОТЭ, например YSZ. Методом термогравиметрии было показано, что потеря массы исследуемых образцов в диапазоне от 30 до 700°C вызвана их гигроскопичностью. Измерения электрофизических свойств методом импедансной спектроскопии во влажной атмосфере выявили у соединений протонную составляющую проводимости.

Ключевые слова

редкоземельные молибдаты, фторсодержащие молибдаты, кислородная проводимость, протонная проводимость, гигроскопичность, коэффициент термического расширения, твердооксидные топливные элементы

Список литературы

Tsai, M. and Greenblatt, M., Oxide ion conductivity in Ln5Mo3O16 + x (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Gd; x ~ 0.5) with a fluorite-related structure, Chem. Mater., 1989, vol. 1, p. 253.
Voronkova, V.I., Leonidov, I.A., Kharitonova, E.P., Belov, D.A., Patrakeev, M.V., Leonidova, O.N., and Kozhevnikov, V.L., Oxygen ion and electron conductivity in fluorite-like molybdates Nd5Mo3O16 and Pr5Mo3O16, J. Alloys Compd., 2014, vol. 615, p. 395.
Istomin, S.Ya., Kotova, A.I., Lyskov, N.V., Mazo, G.N., and Antipov, E.V., Pr5Mo3O16 + δ: A new anode material for solid oxide fuel cells, Russ. J. Inorg. Chem., 2018, vol. 63, p. 1291.
Biendicho, J.J., Playford, H.Y., Rahman, S.M.H., Norberg, S.T, Eriksson, S.G., and Hull, S., The fluorite-like phase Nd5Mo3O16 ± δ in the MoO3–Nd2O3 system: synthesis, crystal structure, and conducting properties, Inorg. Chem., 2018, vol. 57, p. 7025.
Hubert, P.-H., Michel, P., and Thozet, A., Structure du molibdite de neodyme Nd5Mo3O16, C. R. Acad. Sci. Paris, 1973, vol. 276, p. 1789.
Martinez-Lope, M.J., Alonso, J.A., Sheptyakov, D., and Pomyakushin, V., Preparation and structural study from neutron diffraction data of Pr5Mo3O16, J. Solid State Chem., 2010, vol. 183, p. 2974.
Alekseeva, O.A., Gagor, A.B., Pietraszko, A.P., Sorokina, N.I., Bolotina, N.B., Artemov, V.V., Kharitonova, E.P., and Voronkova, V.I., Crystal structure of the oxygen conducting compound Nd5Mo3O16, Z. für Krist., 2012, vol. 227, p. 869.
Faurie, J.-P., Preparation de nouvelles phases MLn4Mo3O16, MLn6Mo4O22 de structure derive du type fluorine, Bull. Soc. Chim. Fr., 1971, p. 3865.
Voronkova, V., Kharitonova, E., Orlova, E., Kezionis, A., and Petrulionis, D., Effect of sodium and fluorine co-doping on the properties of fluorite-like rare-earth molybdates of Nd5Mo3O16 type, Eur. J. Inorg. Chem., 2019, p. 1250.
Voronkova, V., Kharitonova, E., Orlova, E., Baldin, E., Gorshkov, N., Goffman, V., and Chernyak, S., Fluorite-like LixLn5 – xMo3O16.5 – 1.5xFx (Ln = La, Pr, Nd) compounds isostructural with Nd5Mo3O16, J. Amer. Ceram. Soc., 2020, vol. 103, p. 6414.
Tietz, F., Thermal expansion of SOFC materials, Ionics, 1999, vol. 5, p. 129.
Colomban, Ph., Proton and protonic species: the hidden face of solid state chemistry. How to measure h‑content in materials? Fuel Cells, 2013, vol. 13, p. 6.
Tarasova, N. and Animitsa, I., Novel proton-conducting oxyfluorides Ba4 – 0.5xIn2Zr2O11 – xFx with perovskite structure, Solid State Ionics, 2014, vol. 264, p. 69.
Shannon, R.D., Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomie distances in halides and chaleogenides, Acta Crystallogr., Sect. A, 1976, vol. A32, p. 751.