Фазообразование, полиморфизм, оптические свойства и проводимость соединений и твердых растворов на основе Nd₂WO₆

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Исследовано фазообразование вольфрамата неодима Nd₂WO₆ из механически активированных оксидов в широком температурном интервале: 25–1600°C. Определены условия образования различных полиморфных модификаций: низкотемпературных ромбических β-Nd₂WO₆ и δ-Nd₂WO₆ (P212121 (№ 19)); высокотемпературной моноклинной Nd₂WO₆ (пр. гр. C12/c1 (№ 15)). Оптические спектры поглощения исследованы для полиморфной керамики номинального состава Nd₂WO₆. Обнаружены различия в спектрах δ-Nd₂WO₆ и моноклинного Nd₂WO₆. У обеих модификаций вольфрамата неодима δ-Nd₂WO₆ и моноклинного Nd₂WO₆ наблюдалась протонная составляющая проводимости с энергией активацией 1.05 и 1.06 эВ соответственно. Однако, для Ca-содержащего твердого раствора с моноклинной структурой (Nd₁₋ₓCaₓ)₂WO₆–δ (x = 0.01), у которого общая проводимость возрастает по сравнению с чистым моноклинным Nd₂WO₆, преобладает дырочная проводимость на воздухе.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. Д. Балдин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН

Author for correspondence.
Email: baldin.ed16@physics.msu.ru
Russian Federation, Москва

Н. В. Лысков

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Email: baldin@chph.ras.ru
Russian Federation, Москва; Черноголовка

В. A. Рассулов

ФГБУ “ВИМС им. Н. М. Федоровского”

Email: baldin@chph.ras.ru
Russian Federation, Москва

A. В. Шляхтина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН

Email: baldin@chph.ras.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Pautonnier А., Coste S., Barré M., Lacorre P. // Progress in Solid State Chemistry. 2023. V. 69. P. 100382. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2022.100382
  2. Chang L.L.Y., Phillips B. // Inorg. Chem. 1964. V. 3. P. 1792.
  3. Chang L.L.Y., Scroger M.G., Phillips B. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1966. V. 28. P. 1179. https://doi.org/10.1016/0022-1902(66)80443-8
  4. Popov V.V., Menushenkov A.P., Yastrebtsev A.A. et al. // Solid State Sciences 2021. V. 112. P. 106518. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106518
  5. Morozov V.A., Raskina M.V., Lazoryak B.I. et al. // Chem. Mater. 2014 V. 26 (24). P. 7124–7136. https://doi.org/10.1021/cm503720s.
  6. Wu C., Ma L., Zhu, Y. et al. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 926 doi: 10.3390/catal12080926.
  7. Партин Г.С. Электропроводность флюоритоподобных сложных оксидов в системе La6WO12─La10W2O21 и Pr6WO12─Pr10W2O21. Магистерская диссертация. Екатеринбург 2015.
  8. Shlyakhtina A.V., Avdeev M., Lyskov N.V. et al. // Dalton Trans. 2020. V. 49. P. 2833. DOI https://doi.org/10.1039/C9DT04724G
  9. Shlyakhtina A.V., Baldin E.D., Vorobieva G.A. et al. // International J. of Hydrogen Energy. 2023. V. 48 (59). P. 22671. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.259
  10. Partin G.S., Korona D.V., Neiman A. Ya., Belova K.G. // Russ. J. Electrochem 2015. V. 51. P. 381. https://doi.org/10.1134/S1023193515050092
  11. Chambrier M.-H., Kodjikian S., Ibberson R.M., Goutenoire, F. // J. of Solid State Chemistry 2009. V. 182. P. 209. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2008.09.010
  12. Efremov V.A., Tyulin A.V., Trunov V.K. // Soviet Physics Crystallography (translated from Kristallografiya) 1984. V. 29. P. 398.
  13. Allix M., Chambrier M.-H., Véron, E. et al. // Cryst. Growth Des. 2011. V. 11. P. 5105. https://doi.org/10.1021/cg201010y
  14. Carlier T., Chambrier M.-H., Anthony Ferri A. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces 2015. V.7 (44). P. 24409. https://doi.org/10.1021/acsami.5b01776
  15. Carlier T., Chambrier M.-H., Da Costa A. et al. // Chem. Mater. 2020 V. 32. P. 7188. https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c01405
  16. Yanovskii V.K., Voronkova V.I. // Solid State Physics. 1977. V. 19. P. 3318.
  17. Jayalekshmy N.L., Thomas J.K., Solomon S. // Bull. Mater. Sci. 2019. V. 42:178. https://doi.org/10.1007/s12034-019-1887-0
  18. Chen Y.-C., Weng M.-Z. // J. of the Ceramic Society of Japan. 2016. V. 124(1). P. 98. http://dx.doi.org/10.2109/jcersj2.15155
  19. Kaczmarek S.M., Tomaszewicz E., Moszyński D. et al. // Materials Chemistry and Physics 2010. V. 124. P. 646. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2010.07.028
  20. Yanovskii V.K., Voronkova V.I. // Inorganic Materials (translated from Neorganicheskie Materialy) 1975. V. 11. P. 73.
  21. Yoshimura M., Sibieude F., Rouanet A., Foex M. // Rev Int Hautes Temp Refract. 1975. V. 12(3). P. 215.
  22. Li Q., Thangadurai V. // J. of Power Sources 2011. V. 196. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.055
  23. Morkhova Y.A., Orlova E.I., Kabanov A.A. et al. // Solid State Ionics. 2023. V. 400. P. 116337. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2023.116337
  24. Shlyakhtina A., Lyskov N., Chernyak S. et al. // IEEE International Symposium on Applications of Feeroelectric, ISAF 2021, International Symposium on Integrated Functionalities, ISIF 2021 and Piezoresponse Force Microscopy Workshop, PFM 2021 – Proceedings 9477315. https://ieeexplore.ieee.org/document/9477315
  25. Shlyakhtina A.V., Lyskov N.V., Baldin, E. D et al. // Ceramics International. 2023. V. 50. P. 704. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.149
  26. Yoshimura M., Rouanet A // Mat. Res. Bull. 1976. V. 11. P. 151. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90070-2
  27. Momma K., Izumi F. // J. Appl. Crystallogr.2011. V. 44. P. 1272. http://dx.doi.org/10.1107/S0021889811038970
  28. Baldin E.D., Gorshkov N.V., Vorobieva, G.A. et al. // Energies. 2023. V. 16(15). P. 5637. https://doi.org/10.3390/en16155637
  29. Shannon R.D. // Acta Crystallographica. 1976. V. A32. P. 155.
  30. Shehu A. Structural analysis and its implications for oxide ion conductivity of lanthanide zirconate pyrochlores. PhD thesis. School of Biological and Chemical Sciences Queen Mary University of London. 2018
  31. Shlyakhtina A.V., Lyskov N.V., Konysheva E. Yu. et al. // J. Solid State Electrochem. 2020. V 24 (7). P. 1475. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04574-6
  32. Korona D.V., Partin G.S., Neiman A.Y. // Russ. J. Electrochem. 2015. V. 51. P. 925. https://doi.org/10.1134/S1023193515100067

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of Nd₂WO₆ ceramics obtained by annealing the m/a mixture of oxides Nd₂O₃+WO₃ at (1) 440°C, 6 h, (2) 600°C, 4 h, (3) 700°C, 4 h, (4) 900°C, 4 h, (5) 1200°C, 4 h, (6) 1400°C, 4 h, (7) 1500°C, 1 h, (8) 1600°C, 1 h.

Download (120KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Refinement of the structure of the studied ceramics using the Rietveld method. a) The sample obtained after annealing at 700°C for 4 h consists of two rhombic phases of space group P2₁2₁2₁ (19): β-Nd₂WO₆ and δ-Nd₂WO₆. The inset shows the projection of the β-Nd₂WO₆ structure. b) Monoclinic Nd₂WO₆ obtained after annealing at 1500°C for 1 h. The inset shows the projection of the structure of the monoclinic modification of Nd₂WO₆ of space group C12/c1 (15). c) Rhombic δ-Nd₂WO₆ obtained after annealing at 1600°C for 1 h. The inset shows the projection of the structure of the rhombic modification of δ-Nd₂WO₆, space group P2₁2₁2₁ (No. 19). The positions of the peaks are marked with dashes; the difference between the experimental and calculated data is given below.

Download (253KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffraction patterns of Nd₂WO₆ ceramics obtained by long-term annealing: 600°C, 4+96 h (1); 900°C, 4+96 h (2); 1200°C, 80 h (3) and ceramics from 1600°C, 1 h after repeated annealing at 1400°C, 1 h (4).

Download (99KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffraction patterns of monoclinic solid solutions (Nd₁₋ₓCaₓ)₂WO₆, x = 0(1), 0.01(2), 0.025(3), 0.1(4). Symbols indicate peaks of impurity phases * – CaCO₃, • – CaWO₄.

Download (98KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Absorption spectra of Nd³⁺ in monoclinic Nd₂WO₆ (1) and orthorhombic δ-Nd₂WO₆ obtained at 1600 (2) and 900°C (3).

Download (113KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Arrhenius dependences of the total conductivity of δ-Nd₂WO₆ (1) and monoclinic solid solutions (Nd₁₋ₓCaₓ)₂WO₆–δ, x = 0 (2), 0.01 (3), 0.025 (4). Hollow symbols indicate the conductivity values ​​in humid air.

Download (130KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences