Особенности кислородного обмена и механизм поглощения кислорода сложными оксидами со структурой сведенборгита

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методами термогравиметрического неизотермического анализа впервые исследована кинетика сорбции кислорода оксидами Y0.8Ca0.2BaCo4–xFexO7+δ, (x = 0, 1) на воздухе. Значения энергии активации получены с использованием безмодельных методов Фридмана, Старинка и Вязовкина. Для определения кинетической функции, описывающей механизм процесса, использован обобщенный графический анализ и метод Коутса–Редферна. В оксидах Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ, значения энергии активации и частотного фактора составляют 189 и 197 кДж моль–1 и 4.7 × 1013 и 2.3 × 1014 мин–1 соответственно. Показано, что процесс кислородной сорбции лимитируется случайным образованием и ростом зародышей окисленной фазы в структурных слоях типа кагоме.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. И. Туркин

Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: turkin@ihim.uran.ru
Россия, 620077 Екатеринбург

О. Г. Резницких

Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук

Email: turkin@ihim.uran.ru
Россия, 620077 Екатеринбург

В. Л. Кожевников

Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук

Email: turkin@ihim.uran.ru

академик РАН

Россия, 620077 Екатеринбург

Список литературы

  1. Vieten J., Bulfin B., Call F., Lange M., Schmücker M., Francke A., Roeb M., Sattler C. // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. P. 13652–13659. https://doi.org/10.1039/C6TA04867F
  2. Tescari S., Agrafiotis C., Breuer S., de Oliveira L., Neisesvon Puttkamer M., Roeb M., Sattler C. // Energy Procedia. 2014. V. 49. P. 1034–1043. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.111
  3. Kodama T., Gokon N. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 4048–4077. https://doi.org/10.1021/cr050188a
  4. Karppinen M., Yamauchi H., Otani S., Fujita T., Motohashi T., Huang Y.-H., Valkeappa M., Fjellvag H. // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 490–494. https://doi.org/10.1021/cm0523081
  5. Hao H., Cui J., Chen C., Pan L., Hu J., Hu X. // Solid State Ion. 2006. V. 177. P. 631–637. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.030
  6. Chen T., Hasegawa T., Asakura Y., Kakihana M, Motohashi T., Yin S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 51008–51017. https://doi.org/10.1021/acsami.1c15419
  7. Nagai Y., Yamamoto T., Tanaka T., Youhida S., Nonaka T., Okamoto T., Suda A., Suqiura M. // Catal. Today. 2002. V. 74. P. 225–234. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(02)00025-1
  8. Kaspar J., Fornasiero P. // J. Solid State Chem. 2003. V. 171. P. 19–29. https://doi.org/10.1016/S0022-4596(02)00141-X
  9. Rasanen S., Yamauchi H., Karppinen M. // Chem. Lett. 2008. V. 37. P. 638–639. https://doi.org/10.1246/cl.2008.638
  10. Parkkima O., Yamauchi H., Karppinen M. // Chem. Mater. 2013. V. 25. P. 599–604. https://doi.org/10.1021/cm3038729
  11. Parkkima O., Karppinen M. // Eur. J. Inorg. Chem. 2014. V. 2014. № 25. P. 4056–4067. https://doi.org/10.1002/ejic.201402135
  12. Motohashi T., Kadota S., Fjellvag H., Karppinen M., Yamauchi H. // Mater. Sci. Eng. B. 2008. V. 148. P. 196–198. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.09.052
  13. Turkin D.I., Yurchenko M.V., Tolstov K.S., Shalamova A.M., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. // J. Solid State Chem. 2023. V. 326. P. 124194. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124194
  14. Turkin D.I., Tolstov K.S., Yurchenko M.V., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. // Inorg. Mater. 2023. V. 59. P. 1104–1110. https://doi.org/10.1134/S0020168523100126
  15. Rodríguez-Carvajal J. // Physica B. 1993. V. 192. P. 55–59. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90108-I
  16. Vyazovkin S., Burnham A.K., Criado J.M., Pérez-Maqueda L.A., Popescu C., Sbirrazzuoli N. // Thermochim. Acta. 2011. V. 520. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.tca.2011.03.034
  17. Alekseev A.V., Kameneva M.Y., Kozeeva L.P., Lavrov A.N., Podberezskaya N.V., Smolentsev A.I., Shmakov A.N. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2013. Т. 77. № 2. С. 151–154. https://doi.org/10.3103/S1062873813020044
  18. Cuartero V., Blasco J., Subías G., García J., Rodríguez-Velamazán J.A., Ritter C. // Inorg. Chem. 2018. V. 57. P. 3360–3370. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b00112
  19. Brown M.E., Dollimore D., Galwey A.K. Reactions in the Solid State. Amsterdam: Elsevier, 1980. 339 c.
  20. Senum G., Yang R. // J. Thermal Anal. 1977. V. 11. P. 445–447. https://doi.org/10.1007/BF01903696
  21. Pérez-Maqueda L.A., Criado J.M. // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 60. P. 909–915. https://doi.org/10.1023/A:1010115926340
  22. Friedman H.L. // J. Polym. Sci., Part C: Polym. Lett. 1964. V. 6. P.183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121
  23. Starink M.J. // Thermochim. Acta. 2003. V. 404. P. 163–176. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(03)00144-8
  24. Vyazovkin S., Dollimore D. // J. Chem. Inf. Comp. Sci. 1996. V. 36. P. 42–45. https://doi.org/10.1021/ci950062m
  25. Hou L., Yu Q., Wang T., Wang K., Qin Q., Qi Z. // Korean J. Chem. Eng. 2018. V. 35. P. 626–636. https://doi.org/10.1007/s11814-017-0332-6
  26. Vyazovkin S. // Molecules. 2021. V. 26. P. 3077. https://doi.org/10.3390/molecules26113077
  27. Coats A.W., Redfern J.P. // Nature. 1964. V. 201. P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0
  28. Gotor F.J., Criado J.M., Malek J., Koga N. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 10777–10782. https://doi.org/10.1021/jp0022205
  29. De Bruijn T.J.W., De Jong W.A., Van Den Berg P.J. // Thermochim. Acta. 1981. V. 45. P. 315–325. https://doi.org/10.1016/0040-6031(81)85091-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры рентгеновской дифракции образцов Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ для обедненных (а, б) и обогащенных (в, г) по кислороду фаз наряду с результатами полнопрофильного анализа (пр. гр. P63mc); на вставках показаны увеличенные фрагменты дифрактограмм в области основных пиков гексагональной структуры без видимых следов структурных искажений.

Скачать (960KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости уточненных структурных параметров при комнатной температуре образцов YBaCo4O7+δ (YBC), Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ (YCBC) и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ (YCBCF) после термообработки в Ar при 650°C и последующего охлаждения на воздухе (а)–(г); эскиз кристаллической структуры сведенборгита (д): синим и зеленым цветом показаны тетраэдры кристаллографических кагоме и тригональных слоев соответственно.

Скачать (702KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Термограммы поглощения кислорода оксидами Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ (а) и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ (б) при охлаждении на воздухе.

Скачать (353KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Применение методов Фридмана (а), Старинка (б) и Вязовкина (в) для определения энергии активации и полученные зависимости E(α) (г).

Скачать (855KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кинетический компенсационный эффект для образцов Y0.8Ca0.2BaCo4O7+d и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+d.

Скачать (149KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Теоретические (сплошные линии) и экспериментальные (точки) зависимости отношения g(α)/g(0.5) степени превращения α для образцов Y0.8Ca0.2BaCo4O7+d и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+d. Обозначения линий на графиках соответствуют моделям реакции из табл. 1.

Скачать (317KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025