Ionic (O2– and H+) Transport in Oxygen-Deficient Perovskites La2Me+3ZnO5.5

A. V.  Egorova; Егорова А. В.; K. G. Belova; Белова К. Г.; N. V. Lakiza; Лакиза Н. В.; I. E. Animitsa; Анимица И. Е.

doi:10.31857/S0424857023040059

Ионный (O^2– и H⁺) транспорт в кислород-дефицитных перовскитах La₂Me⁺³ZnO_5.5

Авторы: Егорова А.В.¹^,2, Белова К.Г.¹^,2, Лакиза Н.В.², Анимица И.Е.¹^,2
Учреждения:
1. Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
2. Уральский федеральный университет им. Первого Президента Б.Н. Ельцина
Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
Страницы: 200-207
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/0424-8570/article/view/139259
DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023040059
EDN: https://elibrary.ru/AOCERQ
ID: 139259

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Настоящая работа посвящена исследованию природы проводимости перовскитных фаз состава La₂Me⁺³ZnO_5.5 (Me⁺³ = Al³⁺, Sc³⁺, In³⁺). Фазы были синтезированы по керамической технологии в температурном режиме 700–1400°С. Структура образцов La₂InZnO_5.5 и La₂ScZnO_5.5 – ромбическая, в то время как образец La₂AlZnO_5.5 кристаллизуется в кубической сингонии. Изучена электропроводность образцов La₂Me⁺³ZnO_5.5 (Me⁺³ = Al³⁺, Sc³⁺, In³⁺) как функция температуры (200–900°С), парциального давления кислорода и влажности воздуха. Установлено, что на воздухе сложные оксиды обладают смешанным типом проводимости, электронный вклад (р-тип проводимости) увеличивается с увеличением температуры. При температурах ниже 500°С фазы проявляют доминирующий кислород-ионный транспорт. Во влажной атмосфере Sc³⁺- и In³⁺-образцы способны к диссоциативному растворению воды из газовой фазы и формированию протонных дефектов. В образце La₂AlZnO_5.5 значимый протонный перенос не реализуется. Проведено обсуждение парциальных проводимостей \({{\sigma }_{{{{{\text{{Н}}}}^{{\text{ + }}}}}}},\) \({{\sigma }_{{{{{\text{{О}}}}^{{2 - }}}}}},\) σ_h в широкой области температур и рО₂.

Ключевые слова

перовскит, электролиты, парциальные проводимости, протонный перенос, кислород-ионный транспорт

Список литературы

Schober, T., Protonic conduction in BaIn0.5Sn0.5O2.75, Solid State Ionics, 1998, vol. 109(1–2), p. 1. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(98)00112-X
Murugaraj, P., Kreuer, K., He, T., Schober, T., and Maier, J., High proton conductivity in barium yttrium stannate Ba2YSnO5.5, Solid State Ionics, 1997, vol. 98, p. 1. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00102-1
Tarasova, N.A., Galisheva, A.O., and Animitsa, I.E., Hydration Processes and State of Oxygen-Hydrogen Groups in Fluorine-Substituted Perovskites Based on Ba4In2Zr2O11, Russ. J. Phys. Chem. A, 2019, vol. 93(7), p. 1281. https://doi.org/10.1134/S0036024419070276
Baliteau, S., Mauvy, F., Fourcade, S., and Grenier, J., Investigation on double perovskite Ba4Ca2Ta2O11, Solid State Sci., 2009, vol. 11, p. 1572. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2009.06.023
Sazinas, R., Bernuy-Lopez, C., Einarsrud, M.-A., and Grande T., Effect of CO2 exposure on the chemical stability and mechanical properties of BaZrO3-ceramics, J. Amer. Ceram. Soc., 2016, vol. 99, p. 3685. https://doi.org/10.1111/jace.14395
Kasyanova, A.V., Rudenko, A.O., Lyagaeva, Y.G., and Medvedev, D.A., Lanthanum-Containing Proton-Conducting Electrolytes with Perovskite Structures, Membranes and Membrane Technol., 2021, vol. 3(2), p. 73. https://doi.org/10.1134/S2517751621020050
Okuyama, Y., Kozai, T., Ikeda, S., Matsuka, M., Sakai, T., and Matsumoto, H., Incorporation and conduction of proton in Sr-doped LaMO3 (M = Al, Sc, In, Yb, Y), Electrochim. Acta, 2014, vol. 125, p. 443. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.01.113
Nomura, K., Takeuchi, T., Tanase, S., Kageyama, H., Tanimoto, K., and Miyazaki, Y., Proton conduction in (La0.9Sr0.1)MIIIO3 – δ (MIII = Sc, In, and Lu) perovskites, Solid State Ionics, 2002, vols. 154–155, p. 647. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00512-X
Belova, K., Egorova, A., Pachina, S., and Animitsa, I., Crystal Structure, Electrical Conductivity and Hydration of the Novel Oxygen-Deficient Perovskite La2ScZnO5.5, Doped with MgO and CaO, Appl. Sci. (Switzerland), 2022, vol. 12(3), 1181. https://doi.org/10.3390/app12031181
Egorova, A.V., Belova, K.G., and Animitsa, I.E., New Oxygen-Deficient Perovskite La(Al0.5Zn0.5)O2.75: Synthesis, Structure, and Transport Properties, Russ. J. Phys. Chem. A, 2020, vol. 94(12), p. 2488. https://doi.org/10.1134/S0036024420120092
Egorova, A.V., Morkhova, Y.A., Kabanov, A.A., Belova, K.G., Animitsa, I.E., Blatov, V. A., Pimenov, A.A., and Korona, D.V., Oxygen ionic transport in LaInO3 and LaIn0.5Zn0.5O2.75 perovskites: Theory and experiment, Solid State Ionics, 2021, vol. 372, 115790. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2021.115790
Bakiz, B., Guinneton, F., Arab, M., Benlhachemi, A., Villain, S., Satre, P., and Gavarri, J.-R., Carbonatation and Decarbonatation Kinetics in the La2O3–La2O2CO3 System under CO2 Gas Flows, Advances in Mater. Sci. and Engineering, 2010, vol. 2010, Article ID 360597, 6 p. https://doi.org/10.1155/2010/360597
Lybye, D., Poulsen, F.W., and Mogensen, M., Conductivity of A- and B-site doped LaAlO3, LaGaO3, LaScO3 and LaInO3 perovskites, Solid State Ionics, 2000, vol. 128, p. 91. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00337-9
Benam, M.R., Abdoshahi, N., and Sarmazdeh, M.M., Ab initio study of the effect of pressure on the structural and electronic properties of cubic LaAlO3 by density function theory using GGA, LDA and PBEsol exchange correlation potentials, Physica B, 2014, vol. 446, p. 32. https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.04.006
Van Grotthus, C.J.D., Sur la décomposition de l’eau et des corps qu’elle tient en dissolution à l’aide de l’électricité galvanique, Annali di Chimica, 1806, vol. 58, p. 54.