Синтез методом твердофазных реакций и исследование структурных особенностей соединения Cu3NaS2

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Р. Ф. Альмухаметов

Уфимский университет науки и технологий

Author for correspondence.
Email: rfalmukhametov@mail.ru
Russian Federation, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450032

А. Д. Давлетшина

Уфимский университет науки и технологий

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

В. В. Астанин

Уфимский университет науки и технологий

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

Б. М. Ахметгалиев

Уфимский университет науки и технологий

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

References

  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/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Image of crystals of anhydrous sodium monosulfide Na2S.

Download (10KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Electron micrograph of the surface of crystals of anhydrous sodium sulfide Na2S.

Download (29KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffraction pattern of sodium sulfide after dehydrogenation in a vacuum at a temperature of ~50◦C (the asterisk indicates the lines from Vaseline).

Download (22KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffraction pattern of the compound Cu3NaS2 at room temperature.

Download (25KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diffraction patterns of the compound Cu3NaS2 at different temperatures.

Download (31KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the lattice parameter of the Cu3NaS2 compound on temperature.

Download (11KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of the half-width of a number of diffraction lines on temperature for a Cu3NaS2 sample.

Download (16KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the size of the OCR on temperature.

Download (10KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependences of the integral intensities of a number of lines on temperature for the Cu3NaS2 sample.

Download (15KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. DSC curves for the Cu3NaS2 sample.

Download (15KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences