Высокотемпературная кислородная нестехиометрия и электропроводность слоистых никелатов Ln2–xSrxNiO4–δ (Ln – La, Pr, Nd; х = 1,0 –1,6)
Аннотация
Высокотемпературная кислородная нестехиометрия и электропроводность никелатов Ln2 – xSrxNiO4 – δ (Ln – La, Pr, Nd; х = 1,0 –1,6) были исследованы в целях потенциального применения данных материалов в качестве катодов твердооксидных топливных элементов. Установлено, что при атмосферном давлении кислорода все изученные никелаты сохраняют тетрагональную структуру типа K2NiF4 до 1000 °С минимум и являются дефицитными по кислороду при температурах выше 500 °С. Кислородная нестехиометрия увеличивается с ростом температуры и повышением концентрации стронция в ряду Ln2 – xSrxNiO4 – δ. В окислительных условиях при температурах 500–1000 °С данные никелаты обладают металлической проводимостью p-типа. Наибольшая электропроводность наблюдалась для составов с содержанием стронция х = 1,2 для каждой из систем (260 – 400 См ⋅ см–1 в зависимости от редкоземельного элемента). Неодимсодержащие никелаты характеризуются наиболее высокой концентрацией кислородных вакансий во всем исследованном интервале составов.
Литература
- Müller K. A., Bednorz J. G. The discovery of a class of high-temperature superconductors. Science. 1987. Vol. 237, No. 4819. Р. 1133–1139. DOI: 10.1126/science.237.4819.1133.
- Bourges P., Sidis Y., Braden M., et al. High-Energy Spin Dynamics in La1.69 Sr0.31 NiO4. Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90, No. 14. Article ID 147202. DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.147202.
- Freeman P. G., Boothroyd A. T., Prabhakaran D., et al. Stripe order and magnetic transitions in La 2 − x Srx NiO4. Phys. Rev. B. 2004. Vol. 70, No. 2. Article ID 024413.
- Kakol Z., Spałek J., Honig J. M. Superconductivity and antiferromagnetism in La 2 − x Srx NiO4. J. Solid State Chem. 1989. Vol. 79, No. 2. Р. 288–292. DOI: 10.1016/0022-4596(89)90277-6.
- Sreedhar K., Honig J. M. Low-Temperature Electron Transport Properties of La 2 – x Srx NiO4 with 0.5 ≤ x ≤ 1.3. J. Solid State Chem. 1994. Vol. 111, No. 1. Р. 147–150. DOI: 10.1006/jssc.1994.1210.
- Al Daroukh M., Vashook V. V., Ullmann H., et al. Oxides of the AMO3 and A2 MO4-type: structural stability, electrical conductivity and thermal expansion. Solid State Ion. 2003. Vol. 158, No. 1/2. Р. 141–150. DOI: 10.1016/S0167-2738(02)00773-7.
- Kharton V. V., Viskup A. P., Kovalevsky A. V., et al. Ionic transport in oxygen-hyperstoichiometric phases with K2 NiF4-type structure. Solid State Ion. 2001. Vol. 143, No. 3/4. Р. 337–353. DOI: 10.1016/S0167-2738(01)00876-1.
- Vashook V. V., Trofimenko N. E., Ullmann H., et al. Oxygen nonstoichiometry and some transport properties of La Sr NiO4 − δ nickelate. Solid State Ion. 2000. Vol. 131, No. 3. Р. 329–336. DOI: 10.1016/S0167-2738(00)00571-3.
- Kharton V., Viskup A., Naumovich E., et al. Oxygen ion transport in La 2 NiO4-based ceramics. J. Mat. Chem. 1999. Vol. 9, No. 10. P. 2623–2629. DOI: 10.1039/A903276B.
- Vashook V. V., Yushkevich I. I., Kokhanovsky L. V., et al. Composition and conductivity of some nickelates. Solid State Ion. 1999. Vol. 119, No. 1/4. Р. 23–30. DOI: 10.1016/S0167-2738(98)00478-0.
- Kravchenko E., Khalyavin D., Zakharchuk K., et al. High-temperature characterization of oxygen-deficient K 2 NiF4-type Nd 2 − x Srx NiO4 − δ (x = 1.0 –1.6) for potential SOFC/SOEC applications. J. Mat. Chem. A. 2015. Vol. 3, No. 47. Р. 23852–23863. DOI: 10.1039/C5TA06779K.
- Aguadero A., Escudero M. J., Perez M., et al. Effect of Sr content on the crystal structure and electrical properties of the system La 2 − x Srx NiO4 + δ (0 ≤ x ≤ 1). Dalton Trans. 2006. Vol. 36. P. 4377– 4383. DOI: 10.1039/B606316K.
- Flura A., Dru S., Nicollet C., et al. Chemical and structural changes in Ln 2 NiO4 + δ (Ln = La, Pr or Nd) lanthanide nickelates as a function of oxygen partial pressure at high temperature. J. Solid State Chem. 2015. Vol. 228. P. 189 –198. DOI: 10.1016/j.jssc.2015.04.029.
- Kravchenko E., Zakharchuk K., Viskup A., et al. Impact of oxygen deficiency on electrochemical performance of K 2 NiF4-type (La1 – x Srx )2 NiO4 – δ oxygen electrodes. ChemSusChem. 2017. Vol. 10. P. 600 –611. DOI: 10.1002/cssc.201601340.
- Atkinson A., Barnett S., Gorte R. J., et al. Advanced anodes for high-temperature fuel cells. Nat. Mater. 2004. Vol. 3, No. 1. P. 17–27. DOI: 10.1038/nmat1040.
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).