1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 68, № 11, 2023

Журнал неорганической химии, 2023, T. 68, № 11, стр. 1637-1655

Синтез, термодинамические свойства и ионная проводимость соединений на основе ниобатов висмута, замещенных редкоземельными элементами (обзор)

Н. И. Мацкевич a, *, А. Н. Семерикова a, Д. А. Самошкин a, b, С. В. Станкус b, В. П. Зайцев a, c, В. А. Кузнецов a, А. Ю. Новиков a

a Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 3, Россия

b Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 1, Россия

c Сибирский государственный университет водного транспорта
630099 Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, Россия

* E-mail: nata.matskevich@yandex.ru

Поступила в редакцию 02.05.2023
После доработки 10.08.2023
Принята к публикации 10.08.2023

Аннотация

Представлены методы синтеза, термодинамические и функциональные свойства соединений на основе ниобатов висмута, замещенных редкоземельными элементами. Данные соединения являются перспективными материалами для топливных элементов, керамических кислородных генераторов, электрокатализа и др. Как показал обзор, большинство соединений имеют кубическую структуру δ-формы оксида висмута, которая обладает самой высокой ионной проводимостью среди твердотельных ионных проводников. Соединения обладают высокой энтальпией решетки и поэтому являются перспективными высокоэнергетическими соединениями. В обзоре рассмотрены работы по базовым термодинамическим характеристикам ниобатов висмута, замещенных редкоземельными элементами. Проанализировано изменение стандартных энтальпий образования, энтальпий решеток, теплоемкости при замене одного редкоземельного элемента другим. Показано, что с уменьшением радиуса РЗЭ стандартные энтальпии образования и энтальпии решеток увеличиваются. Изучено изменение ионной проводимости при изменении температуры и содержания редкоземельного элемента. Показано, что с увеличением температуры и содержания РЗЭ проводимость увеличивается.

Ключевые слова: оксид висмута, оксид ниобия, редкоземельные элементы, синтез, структура, энтальпия образования, энтальпия решетки, теплоемкость

Список литературы

  1. Punn R., Feteira A.M., Sinclair D.C. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 15386. https://doi.org/10.1021/ja065961d

  2. Ivanov S.A., Stash A.I., Bush A.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 588. https://doi.org/10.1134/S0036023622050096

  3. Matskevich N.I., Wolf T., Greaves C. et al. // J. Alloys Compd. 2014. V. 582. P. 253. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.135

  4. Emhjellen L.K., Xing W., Li Z. et al. // J. Membr. Sci. 2022. V. 660. P. 120875. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120875

  5. Ershov D.S., Besprozvannykh N.V., Sinel’shchikova O.Y. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 105. https://doi.org/10.1134/S003602362201003X

  6. Drache M., Roussel P., Wignacourt J.P. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 80. https://doi.org/10.1021/cr050977s

  7. Balci M., Saatci B., Cerit S. et al. // Solid State Ionics. 2022. V. 387. P. 116060. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2022.116060

  8. Proskurina O.V., Sokolova A.N., Sirotkin A.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 163. https://doi.org/10.1134/S0036023621020157

  9. Bandyopadhyay S., Dutta A. // J. Phys. Chem. Solids. 2017. V. 102. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2016.11.001

  10. Lomakin M.S., Proskurina O.V., Levin A.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 820. https://doi.org/10.1134/S0036023622060134

  11. Weber M., Rodriguez R.D., Zahn D.R. et al. // Inorg. Chem. 2022. V. 61. P. 1571. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c03330

  12. Akazawa H. // Ceram. Int. 2023. V. 49. P. 9069. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.064

  13. Matskevich N.I., Wolf Th., Greaves C. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2015. V. 91. P. 234. https://doi.org/10.1016/j.jct.2015.07.036

  14. Weber M., Schlesinger M., Mehring M. // Cryst. Growth Des. 2016. V. 16. P. 5678. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b00628

  15. Crumpton T.E., Mosselmans J.F.W., Greaves C. // J. Mater. Chem. 2005. V. 15. P. 164. https://doi.org/10.1039/b412108m

  16. Kekade S.S., Gaikwad P.V., Raut S.A. et al. // ACS Omega. 2018. V. 3. P. 5853. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00564

  17. Kaimieva O.S., Sabirova I.E., Buyanova E.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1348. https://doi.org/10.1134/S0036023622090054

  18. Wang X.P., Corbel G., Kodjikian S. et al. // J. Solid State Chem. 2006. V. 179. P. 3338. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2006.06.031

  19. Ai Zh., Ho W., Lee Sh. // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 263. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.041

  20. Keve E.T., Skapski A.C. // J. Solid State Chem. 1973. V. 8. P. 139. https://doi.org/10.1016/0022-4596(73)90009-1

  21. Lisinska-Czekaj A., Czekaj D. // Key Eng. Mater. 2012 V. 512–515. P. 1212. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.512-515.1212

  22. Lisinska-Czekaj A., Czekaj D., Plewa J. // Ciencia&Tecnol. Mater. 2017. V. 29. P. e215. https://doi.org/10.1016/j.ctmat.2016.03.003

  23. Wang N., Li W., Zhao M. et al. // J. Chin. Ceram. Soc. 2003. V. 31. P. 625.

  24. Hampl M., Leither J., Ruzicka K. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 2007. V. 87. P. 553. https://doi.org/10.1007/s10973-006-7732-x

  25. Hou J., Vaish R., Qu Y. et al. // J. Power Sources. 2010. V. 195. P. 2613. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.081

  26. Holdynski M., Sintyureva M., Liu X. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2012. V. 24. P. 045904. http://dx.doi.org/0953-8984/12/045904C07

  27. Abrahams I., Kozanecka-Szmigiel A., Krok F. et al. // Solid State Ionics. 2006. V. 177. P. 1761. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.036

  28. Abrahams I., Krok F., Kozanecka-Szmigiel A. et al. // J. Power Sources. 2007. V. 173. P. 788. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.05.045

  29. Liu X., Abrahams I., Hull S. et al. // Solid State Ionics. 2011. V. 192. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2010.07.018

  30. Malys M., Holdynski M., Krok F. et al. // J. Power Sources. 2009. V. 194. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.01.001

  31. Krok F., Abrahams I., Holdynski M. et al. // Solid State Ionics. 2008. V. 179. P. 975. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2008.02.015

  32. Leszczynska M., Liu X., Wrobel W. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 18624. https://doi.org/10.1039/c4ta03225j

  33. Leszczynska M., Holdynski M., Krok F. et al. // Solid State Ionics. 2010. V. 181. P. 796. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2010.04.012

  34. Buyanova E.S., Kaimieva O.S., Shatokhina A.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. P. 470. https://doi.org/10.1134/S0036023616040069

  35. Buyanova E.S., Petrova S.A., Mikhailovskaya Z.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. P. 913. https://doi.org/10.1134/S0036023615080045

  36. Emel’yanova Yu.V., Mikhailovskaya Z.A., Buyanova E.S. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. P. 354. https://doi.org/10.1134/S1070427217030053

  37. Emel’yanova Yu.V., Krylov A.A., Kazantseva A.D. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. P. 151. https://doi.org/10.1134/S0036023619020050

  38. Kaymieva O.S., Tarasova O.A., Shatokhina A.N. et al. // Russ. J. Electrochem. 2013. V. 49. P. 652. https://doi.org/10.1134/S1023193513070057

  39. Matskevich N.I., Semerikova A.N., Gelfond N.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. P. 743. https://doi.org/10.1134/S0036023620050162

  40. Matskevich N.I., Shlegel V.N., Stankus S.V. et al. // Mater. Today: Proceed. 2020. V. 25. P. 367. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.092

  41. Matskevich N.I., Semerikova A.N., Zaitsev V.P. et al. // J. Solid State Chem. 2022. V. 316. P. 123584. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123584

  42. Matskevich N.I., Semerikova A.N., Gelfond N.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 229. https://doi.org/10.31857/S0044457X2260150X

  43. Matskevich N.I., Stankus S.V., Samoshkin D.A. et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1677. P. 012169. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1677/1/012169

  44. Hughes J.T., Navrotsky A. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 9184. https://doi.org/dx.doi.org/10.1021/ja202132h

  45. Novikov A.A., Belova E.V., Uspenskaya I.A. // J. Chem. Eng. Data. 2019. V. 64. P. 4230. https://doi.org/10.1021/acs.jced.9b00292

  46. Tsvetkov D.S., Mazurin M.O., Malyshkin D.A. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2022. V. 174. P. 106857. https://doi.org/10.1016/j.jct.2022.106857

  47. Bannikov D.O., Safronov A.P., Cherepanov V.A. // Thermochim. Acta. 2006. V. 451. P. 22. https://doi.org/10.1016/j.tca.2006.08.004

  48. Matskevich N.I., Wolf Th., Pochivalov Yu.I. // Inorg. Chem. 2008. V. 47. P. 2581. https://doi.org/10.1021/ic701875h

  49. Voskanyan A.A., Jayanthi K., Navrotsky A. // Chem. Mater. 2022. V. 34. P. 10311. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c01569

  50. Sereda V.V., Tsvetkov D.S., Sednev A.L. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 20108. https://doi.org/10.1039/C8CP03782E

  51. Gagarin P.G., Gus’kov A.V., Gavrichev K.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1803. https://doi.org/10.1134/S0036023622601015

  52. Gagarin P.G., Guskov A.V., Guskov V.N. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 2181. https://doi.org/10.1134/s0036023622602070

  53. Khorishilov A.V., Guskov V.N., Guskov A.V. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2022. V. 96. P. 918. https://doi.org/10.1134/s0036024422050144

  54. Jayanthi K., Neilsen G., Navrotsky A. et al. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. P. 3760. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c08217

  55. Glushko V.P. Termicheskie Konstanty Veshchestv (Thermal Constants of Substances), VINITI, Moscow. 1965–1982. Iss. 1–10.

  56. Leitner J., Nevrina M., Sedmidubsky D. et al. // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. P. 4940. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.02.007

  57. Matskevich N.I., Wolf Th., Vyazovkin I.V. et al. // J. Alloys Compd. 2015. V. 628. P. 126. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.11.220

  58. Matskevich N.I., Matskevich M.Yu., Wolf Th. et al. // J. Alloys Compd. 2013. V. 577. P. 148. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.04.194

  59. Matskevich N.I., Bryzgalova A.N., Wolf Th. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2012. V. 53. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.jct.2012.04.003

  60. Kilday M.V. // J. Res. Nat. Bur. Stand. 1980. V. 85. P. 467.

  61. Gunther C., Pfestorf R., Rother M. et al. // J. Therm. Anal. Calorim. 1988. V. 33. P. 359. https://doi.org/10.1007/BF01914624

  62. Cordfunke E.H.P., Konings R.J.M. // Thermochim. Acta. 2001. V. 375. P. 65. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(01)00510-X

  63. Hennig C., Oppermann H. // Z. Naturforsch. B. 1997.V. 52. P. 1517. https://doi.org/10.1515/znb-1997-1213

  64. Cordfunke E.H.P., Konings R.J.M. // Thermochim. Acta. 2001. V. 375. P. 17. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(01)00509-3

  65. Мацкевич Н.И., Станкус С.В., Самошкин Д.А. et al. // XXXVI Сиб. Теплофиз. Семинар. Новосибирск, 2020. С. 265.

  66. Hervoches C.H., Greaves C. // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. P. 6759. https://doi.org/10.1039/c0jm01385d

  67. Hervoches C.H., Greaves C. // Solid State Ionics. 2014. V. 254. P. 032. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2013.10.032

  68. Punn R., Gameson I., Berry F. et al. // Phys. Chem. Solids. 2008. V. 69. P. 2687. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.07.003

  69. Glasser L., Jenkins H.D.B. // Chem. Soc. Rev. 2005. V. 34. P. 866. https://doi.org/10.1039/b501741f

  70. Glasser L. // Inorg. Chem. 2010. V. 49. P. 3424. https://doi.org/10.1021/ic902475n

  71. Glasser L., Jenkins H.D.B. // Inorg. Chem. 2011. V. 50. P. 8565. https://doi.org/10.1021/ic201093p

  72. Matskevich N.I., Wolf Th., Matskevich M.Yu. // J. Chem. Thermodyn. 2018. V. 118. P. 188. https://doi.org/10.1016/j.jct.2017.11.010

  73. Matskevich N.I., Shlegel V.N., Sednev A.L. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2020. V. 143. P. 106059. https://doi.org/10.1016/j.jct.2020.106059

  74. Matskevich N.I., Semerikova A.N., Shlegel V.N. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 850. P. 156683. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156683

  75. Shannon R.D. // Acta Crystallogr. 1976. V. A32. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

  76. Matskevich N.I., Wolf Th., Semerikova A.N. et al. // J. Chem. Thermodyn. 2019. V. 135. P. 143. https://doi.org/10.1016/j.jct.2019.03.034

  77. Koto K., Shulz H., Huggins R.A. // Solid State Ionics. 1980. V. 1. P. 355. https://doi.org/10.1016/0167-2738(80)90034-X

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал