Особенности фазообразования и свойств соединений La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0; 0.11–0.22)
- Авторы: Шляхтина А.В.1, Лысков Н.В.2,3, Колбанев И.В.1, Воробьева Г.А.1, Щеголихин А.Н.4, Воронкова В.И.5
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН)
- Институт проблем химической физики РАН
- Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
- Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Выпуск: Том 59, № 1 (2023)
- Страницы: 68-78
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0424-8570/article/view/139231
- DOI: https://doi.org/10.31857/S042485702301022X
- EDN: https://elibrary.ru/JYKOAP
- ID: 139231
Цитировать
Аннотация
Гексагональный твердый раствор La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.11), а также ромбическая низкотемпературная фаза β-La2WO6 (La2W1 + xO6 + 3x (x = 0)) получены с использованием метода предварительно механической активации оксидов и последующего высокотемпературного синтеза при 1400°С, 4 ч. Дополнительно, методом кристаллизации из раствора в расплаве выращен монокристалл состава La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.22), изоструктурный La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.11). Обе керамики и монокристалл исследованы методами рамановской спектроскопии, РФА, термоанализа и термогравиметрии. Проводимость исследована методом импеданс-спектроскопии в сухом и влажном воздухе. Для гексагонального монокристалла La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.22) обнаружена сильная люминесценция в ИК‑области по сравнению с гексагональной керамикой La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.11) и β-La2WO6 керамикой ромбической структуры. В работе показано, что поликристаллическая керамика La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.11) более устойчива в окислительно-восстановительных условиях по сравнению с монокристаллом. Проводимость гексагонального монокристалла La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.22) носит кислород-ионный характер и ниже проводимости керамики La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.11) в силу совершенства его структуры. Вклад протонной составляющей проводимости отсутствует у гексагонального твердого раствора La2W1 + xO6 + 3x (x~ 0.11) и у монокристалла La2W1 + xO6 + 3x (x ~ 0.22), и их проводимость – чисто ионная с близкими значениями энергий активации (0.89 и 1.08 эВ соответственно). β-La2WO6 керамика, синтезированная в настоящей работе, имеет небольшой вклад протонной проводимости во влажном воздухе, который составляет ~1 × 10–6 См/см при 600°С, и близок по величине к проводимости ранее изученного легированного стронцием твердого раствора La1.96Sr0.04WO6 – δ на основе β-La2WO6.
Ключевые слова
Об авторах
А. В. Шляхтина
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН)
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Москва
Н. В. Лысков
Институт проблем химической физики РАН; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Черноголовка; Россия, Москва
И. В. Колбанев
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН)
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Москва
Г. А. Воробьева
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН)
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Москва
А. Н. Щеголихин
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Москва
В. И. Воронкова
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: annash@chph.ras.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Yoshimura, M., Sibeeude, F., Ruanet, A., and Foex, M., Polymorphism of R2O3·WO3 (R = rare-earth) compounds at high temperature, Rev. Int. Htes et Refract., 1971, vol. 12. p. 215.
- Shimura, T., Fujimoto, S., and Iwahara, H., Proton Conduction in Non-Perovskite-Type Oxides at Elevated Temperature, Solid State Ionics, 2001, vol. 143, p. 117.
- Blasse, G.J., Inorg. Nucl. Chem., 1996, vol. 28, p. 1488.
- Brixner, L.H., Sleight, A.W., and Licis, M.S., Ln2MoO6-type rare-earth molibdates-preparation and lattice parameters, J. Solid State Chem., 1972, vol. 5. p. 186.
- Yoshimura, M. and Rouanet, A., High temperature phase relations in the system La2O3–WO3, Mater. Res. Bull., 1976, vol. 11, p. 151. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2009.07.045
- Chambrier, M.H., Kodjikian, S., Ibberson, R.M., and Goutenoire, F., Ab-initio structure determination of beta-La2WO6, J. Solid State Chem., 2009, vol. 182, p. 209.
- Allix, M., Chambrier, M.-H., Veron, E., Porcher, F., Suchomel, M., and Goutenoire F., Synthesis and Structure Determination of the High Temperature Form of La2WO6, Cryst. Growth Des., 2011, vol. 11, p. 5105. https://doi.org/10.1021/cg201010y
- Иванова, M.M., Балагина, Ж.M., Роде, E.Я. Диаграмма состояния системы La2O3–WO3, Неорган. материалы. 1970. Т. 6. С. 914.
- Яновский, В.К., Воронкова, В.И. Кристаллография и свойства оксивольфраматов лантана La2WO6. Кристаллография. 1975. Т. 20. С. 579.
- Kovalevsky, A.V., Kharton, V.V., and Naumovich, E.N., Oxygen ion conductivity of hexagonal La2W1.25O6.75, Mater. Lett., 1999, vol. 38, p. 300.
- Chambrier, M.-H., Ball, A.L., Kodjikian, S., Suard, E., and Goutenoire, F., Structure Determination of La18W10O57, Inorg. Chem., 2009, vol. 48, p. 6566.
- Magraso, A. and Haugsrud, R., Effects of the La/W ratio and doping on the structure, defect structure, stability and functional properties of proton-conducting lanthanum tungstate La28 – xW4 + xO54 + δ. A review, J. Mater. Chem. A, 2014, vol. 2, p. 12630.
- Vigen, C.K., Pan, J., and Haugsrud, R., Defects and Transport in Acceptor Doped La2WO6 and Nd1.2Lu0.8WO6, ECS J. Solid State Sci. Technol., 2013, vol. 2(12), is. 243–248, p. 2162.
- Сорокин, Н.И., Гребенев, В.В., Каримов, Д.Н. Анизотропия анионной проводимости в монокристаллах суперионного проводника CeF3. Физика твердого тела. 2021. Т. 63. № 9. С. 1376. DOI [Sorokin, N.I., Grebenev, V.V., and Karimov, D.N., Anisotropy of Anionic Conductivity in Single Crystals of CeF3 Superionic Conductor, Phys. Solid State (in Russian), 2021, vol. 63, p. 1541.]
- Kolbanev, I.V., Shlyakhtina, A.V., Degtyarev, E.N., Konysheva, E.Yu., Lyskov, N.V., Stolbov, D.N., and Streletskii, A.N., Room-temperature mechanochemical synthesis of RE molybdates: impact of structural similarity and basicity of oxides, J. Amer. Cer. Soc., 2021, vol. 104, 5698. https://doi.org/10.1111/jace.17939
- Du, P. and Yu, J.S., Eu3+-activated La2MoO6–La2WO6 red-emitting phosphors with ultrabroad excitation band for white light-emitting diodes, Sci. Rep., 2017, vol. 7, p. 11953. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12161-5
- Ishigaki, T., Matsushita, N., Yoshimura, M., Uematsu, K., Toda, K., and Sato, M., Melt synthesis of oxide red phosphors La2WO6:Eu3+, Phys. Procedia, 2009, vol. 2, p. 587. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2009.07.045
- Aronov, M.N., Laboratory vibrating eccentric mill, Instruments and Experimental Technique, 1959, vol. 1, p. 153.
- Aronov, M.N. and Morgulis, L.M., Certificate of authorship No. 113794.
- Program ZView (Scribner Associates Inc., USA).
- Liu, B., Song, K.X., Vibrational spectroscopy and microwave dielectric properties of two novel Ca3Ln2W2O12 (Ln = La, Sm) tungstate ceramics, Mater. Res. Bull., 2021, vol. 133, 111022. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2020.111022
- Maczka, M., Hanuza, J., Paraguassu, W., Filho, A.G.S., Freire, P.T.C., Filho, J.M., Phonons in ferroelectric Bi2WO6: Raman and infrared spectra and lattice dynamics, Appl. Phys. Lett. , 2008, vol. 92, 112911. https://doi.org/10.1063/1.2896312
- Poirier, G., Messaddeq, Y., Ribeiro, S.J.L., Poulain, M. Structural study of tungstate fluorophosphate glasses by Raman and X-ray absorption spectroscopy, J. Solid State Chem., 2005, vol. 178, p. 1533. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2004.10.032
- Li, Y., Liu, J., Huang, X., Yu, J., Carbon-modified Bi2WO6 nanostructures with improved photocatalytic activity under visible light, Dalton Trans., 2010, vol. 39, p. 3420.
- Hager, I.Z., El-mallawany, R., Poulain, M., Infrared and Raman spectra of new molybdenum and tungsten oxyfluoride glasses, J. Mater. Sci., 1999, vol. 34, p. 5163.
- Shlyakhtina, A.V., Lyskov, N.V., Kolbanev, I.V., Shchegolikhin, A.N., Karyagina, O.K., Shcherbakova, L.G., Key trends in the proton conductivity of Ln6 – xMoO12 – δ (Ln = La, Nd, Sm, Gd–Yb; x = 0, 0.5, 0.6, 0.7, 1) rare-earth molybdates, Intern. J. Hydr. Energy, 2021, vol. 46, p. 16989. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.01.129
- Escolastico, S., Seegerm J., Roitsch, S., Ivanova, M., Meulenberg, W.A., Serra, J. Enhanced H-2 separation through mixed proton-electron conducting membranes based on La5.5W0.8M0.2O11.25 – δ. Chem. Sus. Chem., 2013, vol. 6, p.1523. https://doi.org/10.1002/cssc.201300091
- Jbeli, R., Boukhachem, A., Saadallah, F., Alleg, S., Amlouk, M., Ezzaouïa, H., Synthesis and physical properties of Fe doped La2O3 thin films grown by spray pyrolysis for photocatalytic applications, Mater. Res. Express, 2019, vol. 6, p. 066414. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab0e29
- Hardcastle, F.D., Wachs, I.E., Determination of Molybdenum–Oxygen Bond Distances and Bond Orders by Raman Spectroscopy, J. Raman Spectr., 1990, vol. 21, p. 683491. https://doi.org/10.1002/jrs.1250211009
- Шляхтина, А.В., Воробьева, Г.А., Щеголихин, А.Н., Леонов, А.В., Колбанев, И.В., Стрелецкий, А.Н. Фазообразование и поведение углеродсодержащих примесей в керамике Ln2O3:2HfO2 (Ln = Nd, Dy), синтезированной из механически активированной смеси оксидов. Неорган. материалы. 2020. Т. 56. С. 528. [Shlyakhtina, A.V., Vorobieva, G.A., Shchegolikhin, A.N., Leonov, A.V., Kolbanev, I.V., and Streletskii, A.N., Phase Relations and Behavior of Carbon-Containing Impurities in Ceramics Prepared from Mechanically Activated Ln2O3 + 2HfO2 (Ln = Nd, Dy) Mixtures, Inorganic Materials (in Russian), 2020, vol. 56, p. 528.] https://doi.org/10.1134/S002016852005012X
- Яновский, В.К., Воронкова, В.И. Политипизм в кристаллах La2WO6. Кристаллография. 1981. Т. 26. С. 604.
- Novikova, N.E., Sorokin, N.A., Antipin, A.A., Blotina, N.B., Alekseeva, O.A., Sorokina, N.I., and Voronkova, V.I., Characteristic features of polytypism in compounds with the La18W10O57-type structure, Acta Cryst., 2019, vol. 75, p. 740.
- Fleig, J., The influence of non-ideal microstructures on the analysis of grain boundary impedances, Solid State Ionics, 2000, vol. 131, p. 117.