1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 10, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 10, стр. 1141-1147

Кислородная емкость твердых растворов Y0.8Ca0.2BaCo4 – xMxO7 + δ (M = Fe, Ga, Al; 0 < x < 1) при термоциклировании на воздухе

Д. И. Туркин 1, *, К. С. Толстов 1, М. В. Юрченко 1, А. Ю. Сунцов 1, В. Л. Кожевников 1

1 Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук
620108 Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, Россия

* E-mail: turkin@ihim.uran.ru

Поступила в редакцию 15.06.2023
После доработки 09.08.2023
Принята к публикации 10.08.2023

Аннотация

Исследовано поведение твердых растворов Y1 –yCayBaCo4 –xMxO7 + δ в процессах циклического поглощения/выделения кислорода при вариациях температуры в интервале 350–580°С на воздухе. Максимальное поглощение кислорода 0.52 мас. % (325 мкмоль O/г) обнаружено для состава Y0.8Ca0.2BaCoO7 + δ. Показано, что введение кальция и железа в структуру кобальтита YBaCo4O7 + δ способствует смещению кислородного обмена в область повышенных температур и увеличению кислородной емкости.

Ключевые слова: нестехиометрические оксиды, кислородный обмен, термоциклирование

Список литературы

  1. Vieten J., Bulfin B., Call F., Lange M., Schmücker M., Francke A., Roeb M., Sattler C. Perovskite Oxides for Application in Thermochemical Air Separation and Oxygen Storage // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. № 35. P. 13652–13659. https://doi.org/10.1039/C6TA04867F

  2. Tescari S., Agrafiotis C., Breuer S., Oliveira, Neises-von Puttkamer M., Roeb M., Sattler C. Thermochemical Solar Energy Storage Via Redox Oxides: Materials and Reactor/Heat Exchanger Concepts // Energy Procedia. 2014. V. 49. P. 1034–1043. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.111

  3. Kodama T., Gokon N. Thermochemical Cycles for High-Temperature Solar Hydrogen Production // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 10. P. 4048–4077. https://doi.org/10.1021/cr050188a

  4. Гилев А.Р., Киселев Е.А., Черепанов В.А. Влияние содержания кобальта на физико-химические свойства твердых растворов La1.5Sr0.5Ni1 –yCoyO4 +δ // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 12. С. 1828–1835. https://doi.org/10.31857/S0044453720120110

  5. Головачев И.Б., Трушников А.А., Волкова Н.Е., Аксенова Т.В., Черепанов В.А. Кристаллическая структура и кислородная нестехиометрия твердых растворов Ba0.9Ln0.1Fe1 –yCoyO3 –δ (Ln = Nd, Sm, Eu) // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 6. С. 686–692. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060095

  6. Федорова О.М., Ведмидь Л.Б., Димитров В.М. Влияние давления кислорода на термодинамическую стабильность Nd0.85Ba0.15MnO3 // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 10. С. 1087–1091. https://doi.org/10.1134/S0002337X19100038

  7. Колотыгин В.А., Вискуп А.П., Пивак Е.В., Хартон Н.В. Смешанная ионно-электронная проводимость перовскитоподобных твердых растворов Ba1 –xSrx-Fe1 –yTiyO3 –δ и BaTi0.5Fe0.5 –zCezO3 –δ // Электрохимия. 2020. Т. 56. № 2. С. 119–126. https://doi.org/10.31857/S0424857020020061

  8. Karppinen M., Yamauchi H., Otani S., Fujita T., Motohashi T., Huang Y.-H., Valkeappa M., Fjellvag H. Oxygen Nonstoichiometry in YBaCo4O7 +δ: Large Low-Temperature Oxygen Absorption/Desorption Capability // Chem. Mater. 2006. V. 18. № 2. P. 490–494. https://doi.org/10.1021/cm0523081

  9. Hao H., Cui J., Chen C., Pan L., Hu J., Hu X. Oxygen Adsorption Properties of YBaCo4O7-Type Compounds // Solid State Ionics. 2006. V. 177. № 7–8. P. 631–637. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.030

  10. Chen T., Hasegawa T., Asakura Y., Kakihana M., Motohashi T., Yin S. Improvement of the Oxygen Storage/Release Speed of YBaCo4O7 +δ Synthesized by a Glycine-Complex Decomposition Method // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 43. P. 51008–51017. https://doi.org/10.1021/acsami.1c15419

  11. Nagai Y., Yamamoto T., Tanaka T., Youhida S., Nonaka T., Okamoto T., Suda A., Suqiura M. X-ray Absorption Fine Structure Analysis of Local Structure of CeO2–ZrO2 Mixed Oxides with the Same Composition Ratio (Ce/Zr = 1) // Catal. Today. 2002. V. 74. № 3–4. P. 225–234. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(02)00025-1

  12. Kaspar J., Fornasiero P. Nanostructured Materials for Advanced Automotive De-pollution Catalysts // J. Solid State Chem. 2003. V. 171. № 1–2. P. 19–29. https://doi.org/10.1016/S0022-4596(02)00141-X

  13. Räsänen S., Yamauchi H., Karppinen M. Oxygen Absorption Capability of YBaCo4O7 +δ // Chem. Lett. 2008. V. 37. № 6. P. 638–639. https://doi.org/10.1246/cl.2008.638

  14. Wang S., Hao H., Zhu B., Jia J., Hu X. Modifying the Oxygen Adsorption Properties of YBaCo4O7 by Ca, Al, and Fe Doping // J. Mater. Sci. 2006. V. 43. № 15. P. 5385–5389. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2806-8

  15. Zhang K., Zhu Z., Ran R., Shao Z., Jin W., Liu S. Layered Perovskite Y1−xCaxBaCo4O7+δ as Ceramic Membranes for Oxygen Separation // J. Alloys Compd. 2010. V. 492. № 1–2. P. 552–558. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.11.173

  16. Parkkima O., Yamauchi H., Karppinen M. Oxygen Storage Capacity and Phase Stability of Variously Substituted YBaCo4O7 +δ // Chem. Mater. 2013. V. 25. № 4. P. 599–604. https://doi.org/10.1021/cm3038729

  17. Hao H., He Q., Cheng Y., Zhao L. Oxygen Adsorption and Electronic Transport Properties of Fe-Substituted YBaCo4O7 Compounds // Mater. Res. Bull. 2014. V. 53. P. 84–88. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.01.042

  18. Motohashi T., Kadota S., Fjellvag H., Karppinen M., Yamauchi H. Uncommon Oxygen Intake/Release Capability of Layered Cobalt Oxides, REBaCo4O7 +δ: Novel Oxygen-Storage Materials // Mater. Sci. Eng. B. 2008. V. 148. № 1–3. P. 196–198. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.09.052

  19. Räsänen S., Parkkima O., Rautama E.-L., Yamauchi H., Karppinen M. Ga-for-Co Substitution in YBaCo4O7 +δ: Effect on High-Temperature Stability and Oxygen-Storage Capacity // Solid State Ionics. 2012. V. 208. P. 31–35. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2011.11.028

  20. Räsänen S., Motohashi T., Yamauchi H., Karppinen M. Stability and Oxygen-Storage Characteristics of Al-Substituted YBaCo4O7 +δ // J. Solid State Chem. 2010. V. 183. № 3. P. 692–695. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2010.01.010

  21. Turkin D.I., Yurchenko M.V., Tolstov K.S., Shalamova A.M., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. Oxygen Exchange and Phase Stability of Y0.8Ca0.2BaCo4–xMxO7+δ (M = Fe, Ga, Al) // J. Solid State Chem. 2023. V. 326. P. 124194. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124194

  22. Avci S., Chmaissem O., Zheng H., Hug A., Manuel P., Mitchell J.F. Oxygen Stoichiometry in the Geometrically Frustrated Kagomé System YBaCo4O7+δ: Impact on Phase Behavior and Magnetism // Chem. Mater. 2013. V. 25. № 21. P. 4188–4196. https://doi.org/10.1021/cm401710b

  23. Lai K.-L., Manthiram A. Phase Stability, Oxygen-Storage Capability, and Electrocatalytic Activity in Solid Oxide Fuel Cells of (Y,In,Ca)BaCo4–yGayO7+δ // Chem. Mater. 2016. V. 28. № 24. P. 9077–9087. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b04122

  24. Rodríguez-Carvajal J. Recent Advances in Magnetic Structure Determination by Neutron Powder Diffraction // Physica B. 1993. V. 192. № 1–2. P. 55–59. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90108-I

  25. Valldor M., Andersson M. The Structure of the New Compound YBaCo4O7 with a Magnetic Feature // Solid State Sci. 2002. V. 4. № 7. P. 923–931. https://doi.org/10.1016/S1293-2558(02)01342-0

  26. Caignaert V., Pralong V., Hardy V., Ritter C., Raveau B. Magnetic Structure of CaBaCo4O7: Lifting of Geometrical Frustration towards Ferrimagnetism // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2010. V. 81. № 9. P. 094417. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.094417

Дополнительные материалы

скачать ESM.zip
Приложение 1. Таблица П1. Термические характеристики Y0.8Ca0.2BaCo4-xMxO7+δ (M = Fe, Ga, Al), YBaCo4O7+δ (YBC) и Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ (YCBC) на различных этапах термоциклирования на воздухе.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал