Синтез методом твердофазных реакций и исследование структурных особенностей соединения Cu3NaS2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методом твердофазных реакций синтезировано соединение Cu3NaS2 из сульфидов меди Cu2S и натрия Na2S. Показано, что соединение Cu3NaS2 имеет гексагональную структуру с параметрами решетки a = 13.9398 ± 23 Å, c = 21.4637 ± 74 Å. При комнатной температуре в соединении Cu3NaS2 через 6 месяцев после синтеза самопроизвольно происходит переход из гексагональной в ГЦК-фазу. Для ГЦК-фазы размеры областей когерентного рассеяния (ОКР), определенные по уширению дифракционных линий, варьируют от ~25 нм при комнатной температуре до ~110 нм при 500 оС. На ДСК-кривых наблюдаются аномалии при температурах 108 и 436оС, соответствующие эндотермическим обратимым переходам без изменения типа кристаллической решетки. По мнению авторов, эти аномалии связаны с перераспределением катионов меди и натрия по возможным кристаллографическим позициям.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Ф. Альмухаметов

Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: rfalmukhametov@mail.ru
Россия, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450032

А. Д. Давлетшина

Уфимский университет науки и технологий

Email: rfalmukhametov@mail.ru
Россия, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450032

В. В. Астанин

Уфимский университет науки и технологий

Email: rfalmukhametov@mail.ru
Россия, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450032

Б. М. Ахметгалиев

Уфимский университет науки и технологий

Email: rfalmukhametov@mail.ru
Россия, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450032

Список литературы

  1. Линник Д.С., Полищук Т.Б., Глазунова В.А., Жеребцов Д.А., Винник Д.А., Могила Т.Н., Алешкина Д.В. Натриевые химические источники тока с катодами на основе сульфидов меди // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Химия. 2019. Т. 11. № 4. С. 85–92. https://doi.org/10.14529/chem190410
  2. Klein F., Jache B., Bhide A., Adelhelm P. Conversion Reactions for Sodium-ion Batteries // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. Р. 15876. https://doi.org/10.1039/c3cp52125g
  3. Wu Y., Wadia C., Ma W., Sadtler B., Alivisatos A.P. Synthesis and Photovoltaic Application of Copper(I) Sulfide Nanocrystals // Nano Lett. 2008. V. 8. № 8. P. 2551–2555. https://doi.org/10.1021/nl801817d
  4. Tamura T., Hasegawa T., Terabe K., Nakayama T., Sakamoto T., Sunamura H., Aono M. Material Dependence of Switching Speed of Atomic Switches Made from Silver Sulfide and from Copper Sulfide // J. Phys.: Conf. Ser. 2007. V. 61. № 1. P. 1157–1161. https://doi.org/10.1088/1742-6596/61/1/229
  5. Quintana-Ramirez P.V., Arenas-Arrocena Ma. C., Santos-Cruz J., Vega-González M., Martínez-Alvarez O., Castaño-Meneses V.M., Acosta-Torres L.S., de la Fuente-Hernández. Growth Evolution and Phase Transition from Chalcocite to Digenite in Nanocrystalline Copper Sulfide: Morphological, Optical and Electrical Properties // Beilstein J. Nanotechnol. 2014. V. 5. P. 1542–1452. https://doi.org/10.3762/bjnano.5.166
  6. Muradov M.B., Nuriev M.A., Eivazova G.M. Sensitivity of Composites Based on Gelatin and Nanoparticles Cu2S and CdS to Vapors of Some Organic Compounds // Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2007. V. 43. P. 512–515. https://doi.org/10.3103/S1068375507060208
  7. Tang Y. Q., Ge Z. H., Feng J. Synthesis and Thermoelectric Properties of Copper Sulfides via Solution Phase Methods and Spark Plasma Sintering // Crystals. 2017. V. 7. № 5. P. 141. https://doi.org/10.3390/cryst7050141
  8. Ge Z.H., Liu X., Feng D., Lin J., He J. High‐Performance Thermoelectricity in Nanostructured Earth‐Abundant Copper Sulfides Bulk Materials // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. № 16. Р. 1600607. https://doi.org/10.1002/aenm.201600607
  9. Дмитриев А.В., Звягин И.П. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов // УФН. 2010. Т. 80. № 8. С. 821–838. https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201008b.0821.
  10. Gelbstein Y, Dashevsky Z, Dariel M.P. High Performance n-type PbTe-based Materials for Thermoelectric Applications // Physica B. 2005.V. 363. P. 196–205. https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.03.022
  11. Mahan G.D. Figure of Merit for Thermoelectrics // J. Appl. Phys. 1989. V. 65. P. 1578–1583. https://doi.org/10.1063/1.342976
  12. Sofo J.O., Mahan G.D. Optimum Band Gap of a Thermoelectric Material // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 7. P. 4565. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.4565-4570
  13. Heremans J.P., Jovovic V., Toberer E.S., Saramat A., Kurosaki K., Charoenphakdee A., Yamanaka S., Snyder G.J. Enhancement of Thermoelectric Efficiency in PbTe by Distortion of the Electronic Density of States // Science. 2008. V. 321. P. 554. https://doi.org/10.1126/science.1159725
  14. Li J., Liu W., Zhao Li., Zhou M. High-performance Nanostructured Thermoelectric Materials // NPG Asia Mater. 2010. V. 2. № 4. P. 152–158. https://doi.org/10.1038/asiamat.2010.138
  15. Chen Y.X., Zhang B.P., Ge Z.H., Shang P.Р. Preparation and Thermoelectric Properties of Ternary Superionic Conductor CuCrS2 // J. Solid State Chem. 2012. V. 186. P. 109–115. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2011.11.040
  16. Zhang Y. X., Ma Z., Ge Z. H., Qin P., Zheng F., Feng J. Highly Enhanced Thermoelectric Properties of Cu1.8S by Introducing PbS // J. Alloys Compd. 2018. V. 764. P. 738–744. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.116
  17. Ure Jr. R.W. Effect of Impurity Scattering on the Figure of Merit of Thermoelectric Materials // J. Appl. Phys. 1959. V. 30. P. 1922–1924. https://doi.org/10.1063/1.1735090
  18. Гуриева Е.А., Константинов П.П., Прокофьева Л.В., Равич Ю.И., Федоров М.И. Термоэлектрическая эффективность твердых растворов с рассеянием фононов на нецентральных примесях // ФТП. 2003. Т. 37. № 3. С. 292–298.
  19. Du B.L., Li H., Xu J.J., Tang X.F., Uher C. Enhanced Thermoelectric Performance and Novel Nanopores in AgSbTe 2 Prepared by Melt Spinning // J. Solid State Chem. 2011. V. 184 P. 109–114. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2010.10.036
  20. Zhu Z., Zhang Y., Song H., Li X. High Thermoelectric Performance and Low Thermal Conductivity in Cu 2-x Na x Se Bulk Materials with Micro-pores // Appl. Phys. A. 2019. V. 125. P. 572. https://doi.org/10.1007/s00339-019-2870-8
  21. Tretiakov O. A., Abanov A., Murakami S., Sinova J. Large Thermoelectric Figure of Merit for Three-dimensional Topological Anderson Insulators via Line Dislocation Engineering // App. Phys. Lett. 2010. V. 97. Р. 073108. https://doi.org/10.1063/1.3481382
  22. Vineis C.J., Shakouri A., Majumdar A., Kanatzidis M.G. Nanostructured Thermoelectrics: Big Efficiency Gains from Small Features // Adv. Mater. 2010. V. 22. P. 3970–3980.
  23. Lan Y.C., Minnich A.J., Chen G., Ren Z.F. Enhancement of Thermoelectric Figure-of-merit by a Bulk Nanostructuring Approach // Adv. Funct. Mater. 2010. V. 20. P. 357–376. https://doi.org/10.1002/adfm.200901512
  24. Liu, H., Shi, X., Xu, F., Zhang, L., Zhang, W., Chen, L., Snyder, G. J. Copper Ion Liquid-like Thermoelectrics // Nature Mater. 2012. V. 11. № 5. P. 422–425. https://doi.org/10.1038/NMAT3273
  25. Balapanov M. Kh., Ishembetov R.Kh., Kuterbekov K.A., Kubenova M.M., Almukhametov R.F., Yakshibaev R.A Transport Phenomena in Superionic Na х Cu 2-х S (х = 0.05; 0.1; 0.15; 0.2) Compounds // Ionics. 2018. V. 24. № 5. P. 1349–1356. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2299-z
  26. Zhang X., Kanatzidis M. G., Hogan T., Kannewurf C. R. NaCu 4 S 4 , a Simple New Low-Dimensional, Metallic Copper Polychalcogenide, Structurally Related to CuS // J. Am. Chem. Soc. 1996. V. 118. № 3. P. 693–694. https://doi.org/10.1021/ja952982r
  27. Savelsberg G., Schäfer H. Zur Kenntnis von Na 2 Cu 4 S 3 und KCu 3 Te 2 // Mater. Res. Bull. 1981. V. 16. № 10. P. 1291–1297.
  28. Yong W., She Y., Qing F., Ao W. Hydrothermal Synthesis of K, Na Doped Cu-S Nanocrystalline and Effect of Doping on Crystal Structure and Performance // Acta Phys. Sin. 2013. V. 62. № 17. P. 178102. https://doi.org/10.7498/aps.62.178102
  29. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наук. думка, 1987. 829 с.
  30. Русаков А.А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 482 с. http:// doi.org/database.iem.ac.ru/mincryst/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображение кристаллов обезвоженного моносульфида натрия Na2S.

Скачать (10KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электронная микрофотография поверхности кристаллов безводного сульфида натрия Na2S.

Скачать (29KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограмма сульфида натрия после дегидрирования в вакууме при температуре ~50◦С (звездочкой обозначены линии от вазелина).

Скачать (22KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дифрактограмма соединения Cu3NaS2 при комнатной температуре.

Скачать (25KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дифрактограммы соединения Cu3NaS2 при разных температурах.

Скачать (31KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость параметра решетки соединения Cu3NaS2 от температуры.

Скачать (11KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости полуширины ряда дифракционных линий от температуры для образца Cu3NaS2.

Скачать (16KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость размеров ОКР от температуры.

Скачать (10KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости интегральных интенсивностей ряда линий от температуры для образца Cu3NaS2.

Скачать (15KB)
Метаданные
11. Рис. 10. ДСК-кривые для образца Cu3NaS2.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024