Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7

Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено основні закономірності впливу ізовалентного заміщення атомів А-позиції в шаруватій перовськітоподібній структурі індату BaNd₂In₂O₇ на механізми утворення двошарових фаз типу BaNd₂₋ₓSmₓIn₂O₇ (х = 0, 1, 1,6 та 1,8) послідовною термообробкою ши...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2023
Hauptverfasser:	Тітов, Ю.О., Струтинська, Н.Ю., Чумак, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Хімія
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195855
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 / Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 82-88. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-195855
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1958552023-12-07T16:14:22Z Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 Тітов, Ю.О. Струтинська, Н.Ю. Чумак, В.В. Хімія Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено основні закономірності впливу ізовалентного заміщення атомів А-позиції в шаруватій перовськітоподібній структурі індату BaNd₂In₂O₇ на механізми утворення двошарових фаз типу BaNd₂₋ₓSmₓIn₂O₇ (х = 0, 1, 1,6 та 1,8) послідовною термообробкою шихти спільно закристалізованих солей. Показано, що стадійність механізмів утворення і характер послідовності фазових перетворень визначається як складом, так і ступенем заміщення атомів неодиму. Встановлено, що формування високовпорядкованої шаруватої структури BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (х = 0 та 1) відбувається за температури Т > 1570 К шляхом структурної трансформації проміжного тривимірного дефектного перовськіту загального складу (BayLnz)InO₃₋δ із статистичним розподілом атомів Ba, Ln та оксигенових вакансій. Формування двошарових BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (х = 1,6 та 1,8) відбувається двома шляхами: як взаємодією дефектного ромбічного перовськіту (BayLnz)InO₃₋δ з проміжною фазою Ba(In,Sm,Nd)O₄, так і шляхом структурної трансформації дефектного перовськіту (BayLnz)InO₃₋δ. Визначено оптимальні умови синтезу однофазних BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ з двошаровою перовськітоподібною структурою. The main regularities of isovalent substitution effect of A-position atoms in the slab perovskite-like structure of BaNd₂In₂O₇ indate on the formation mechanisms of two-slab phases BaNd₂₋ₓSmₓIn₂O₇ type (х = 0, 1, 1.6 and 1.8) have been established using X-ray powder diffraction methods. It has been demonstrated that the staging mechanisms of formation and the sequence of phase transformations are determined by both the composition and the degree of substitution of neodymium atoms. It has been determined that the formation of a highly ordered slab structure of BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (x = 0 and 1) occurs at T > 1570 K through the structural transformation of an intermediate three-dimensional defective perovskite with a the general composition of (BayLnz)InO₃₋δ, which exhibits a statistical distribution of Ba, Ln atoms, and oxygen vacancies. The formation of the two-slab BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (x = 1.6 and 1.8) occurs in two mechanisms: by the interaction of defective rhombic perovskite (BayLnz)InO₃₋δ with the intermediate phase Ba(In,Sm,Nd)O₄ and by structural transformation of the defective perovskite (BayLnz)InO₃₋δ. The optimal conditions for synthesizing single-phase BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ with a two-slab perovskite-like structure were determined. 2023 Article Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 / Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 82-88. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.082 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195855 546.43ʹ65ʹ682 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Хімія Хімія
spellingShingle	Хімія Хімія Тітов, Ю.О. Струтинська, Н.Ю. Чумак, В.В. Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 Доповіді НАН України
description	Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено основні закономірності впливу ізовалентного заміщення атомів А-позиції в шаруватій перовськітоподібній структурі індату BaNd₂In₂O₇ на механізми утворення двошарових фаз типу BaNd₂₋ₓSmₓIn₂O₇ (х = 0, 1, 1,6 та 1,8) послідовною термообробкою шихти спільно закристалізованих солей. Показано, що стадійність механізмів утворення і характер послідовності фазових перетворень визначається як складом, так і ступенем заміщення атомів неодиму. Встановлено, що формування високовпорядкованої шаруватої структури BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (х = 0 та 1) відбувається за температури Т > 1570 К шляхом структурної трансформації проміжного тривимірного дефектного перовськіту загального складу (BayLnz)InO₃₋δ із статистичним розподілом атомів Ba, Ln та оксигенових вакансій. Формування двошарових BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ (х = 1,6 та 1,8) відбувається двома шляхами: як взаємодією дефектного ромбічного перовськіту (BayLnz)InO₃₋δ з проміжною фазою Ba(In,Sm,Nd)O₄, так і шляхом структурної трансформації дефектного перовськіту (BayLnz)InO₃₋δ. Визначено оптимальні умови синтезу однофазних BaNd₂₋ₓSmхIn₂O₇ з двошаровою перовськітоподібною структурою.
format	Article
author	Тітов, Ю.О. Струтинська, Н.Ю. Чумак, В.В.
author_facet	Тітов, Ю.О. Струтинська, Н.Ю. Чумак, В.В.
author_sort	Тітов, Ю.О.
title	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7
title_short	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7
title_full	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7
title_fullStr	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7
title_full_unstemmed	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7
title_sort	одержання та особливості утворення двошарових індатів band2−xsmxin2o7
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	Хімія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195855
citation_txt	Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 / Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 82-88. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT títovûo oderžannâtaosoblivostíutvorennâdvošarovihíndatívband2xsmxin2o7 AT strutinsʹkanû oderžannâtaosoblivostíutvorennâdvošarovihíndatívband2xsmxin2o7 AT čumakvv oderžannâtaosoblivostíutvorennâdvošarovihíndatívband2xsmxin2o7
first_indexed	2025-07-17T00:07:05Z
last_indexed	2025-07-17T00:07:05Z
_version_	1837850510233698304
fulltext	82 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3: 82—88 Ц и т у в а н н я: Тітов Ю.О., Струтинська Н.Ю., Чумак В.В. Одержання та особливості утворення двошаро- вих індатів BaNd2−xSmxIn2O7. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3. С. 82—88. https://doi.org/10.15407/ dopovidi2023.03.082 © Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2023. Стаття опублікована за умовами відкритого до- ступу за ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/) ХІМІЯ CHEMISTRY https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.082 УДК 546.43ʹ65ʹ682 Ю.О.Тітов1, https://orcid.org/0000-0001-9900-3751 Н.Ю. Струтинська1, https://orcid.org/0000-0001-9738-9689 В.В. Чумак2, https://orcid.org/0000-0001-5892-3703 1 Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ 2 Житомирський державний університет ім. Івана Франка, Житомир E-mail: titov1952@ukr.net Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2–xSmxIn2O7 Представлено членом-кореспондентом НАН України М.С.Слободяником Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено основні закономірності впливу ізовалентного заміщення атомів А-позиції в шаруватій перовськітоподібній структурі індату BaNd2In2O7 на механізми утворення двошарових фаз типу BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 0, 1, 1,6 та 1,8) послідовною термообробкою шихти спільно закристалізованих солей. Показано, що стадійність механізмів утворення і характер послідовнос- ті фазових перетворень визначається як складом, так і ступенем заміщення атомів неодиму. Встановле- но, що формування високовпорядкованої шаруватої структури BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 0 та 1) відбувається за температури Т > 1570 К шляхом структурної трансформації проміжного тривимірного дефектного перовськіту загального складу (BayLnz)InO3–δ із статистичним розподілом атомів Ba, Ln та оксигенових вакансій. Формування двошарових BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 1,6 та 1,8) відбувається двома шляхами: як взаємо- дією дефектного ромбічного перовськіту (BayLnz)InO3–δ з проміжною фазою Ba(In,Sm,Nd)O4, так і шляхом структурної трансформації дефектного перовськіту (BayLnz)InO3–δ. Визначено оптимальні умови синтезу однофазних BaNd2–хSmхIn2O7 з двошаровою перовськітоподібною структурою. Ключові слова: сполуки типу An+1BnO3n+1, механізми синтезу, шарувата перовськітоподібна структура. Інтерес до сімейства сполук типу An+1BnO3n+1 з шаруватою перовськітоподібною структу- рою (ШПС) обумовлений тим, що більшість представників цього класу оксидних сполук мають цінний комплекс електрофізичних, каталітичних, іонообмінних та оптичних влас- тивостей, що дає підставу вважати їх та ізоморфно заміщені фази на їх основі одними з найперспективніших поліфункціональних матеріалів сучасної техніки [1—7]. Розроблення технологій одержання нових оксидних матеріалів розпочинається з до- слідження умов їх синтезу, зокрема встановлення стадійності та послідовності фазових 83ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 перетворень під час термообробки шихти вихідних компонентів. Саме тому дослідження механізмів їх формування мають не тільки наукове, а й практичне значення. На відміну від відносно детально вивчених процесів синтезу деяких індивідуальних спо- лук сімейства An+1BnO3n+1 із ШПС [8—10] основні закономірності формування ШПС ізо- морфно заміщених фаз типу An+1BnO3n+1 досі не встановлені. Із можливих типів ізоморфно- го заміщення найбільший інтерес становить визначення впливу заміщення атомів А-позиції ШПС, які визначають можливість утворення та існування ШПС сполук типу An+1BnO3n+1. Значна частина функціональних властивостей (таких як оптичні, електрофізичні та інші) оксидних сполук (зокрема і сполук типу An+1BnO3n+1) є структурно залежною, обумовлена особливостями їх будови та пропорційна деформованості їх структури. Серед представників сімейства An+1BnO3n+1 з ШПС індати BaLn2In2O7 (Ln = La – Nd) характеризуються одними із найбільших відомих серед сполук цього типу значеннями ступеня деформації міжблокових поліедрів LnO9, які зростають зі зменшенням розміру атомів РЗЕ в А-позиції ШПС [7]. Проте на сьогодні будь-яких даних щодо механізму утворення BaLn2–xLnI xIn2O7 немає. Мета даної роботи — дослідження закономірностей і умов утворення двошарового індату BaNd2In2O7 та ізовалентно заміщених фаз із ШПС складу BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 1, 1,6 та 1,8) на його основі із систем спільно закристалізованих солей (СЗС). Як вихідні у дослідженні використані водні розчини ацетату Ва, нітратів Nd, Sm та In марок “хч”. Для одержання вихідної шихти СЗС упарювали (за інтенсивного перемішу- вання) суміш водних розчинів ацетату Ва, нітратів Nd, Sm та In (Ba : Nd : Sm : In = 1 : 2–x : x : 2) і утворений продукт піддавали термообробці на газовому пальнику для видалення основної маси оксидів нітрогену. Послідовність фазових перетворень під час синтезу індатів BaNd2–xSmxIn2O7 визнача- ли шляхом поступової (крок 100 К, τ = 2 год) термообробки запресованого порошку шихти СЗС, який після кожної стадії прожарювання піддавали перешихтуванню. Рентгенографіч- не дослідження одержаних таким чином зразків проводили на дифрактометрі “Shimadzu XRD-6000” у дискретному режимі (крок сканування 0,03, експозиція в точці 4 с, інтервал кутів 2 = 20—70 °) на мідному фільтрованому (дуговий графітовий монохроматор перед лічильником) CuK випромінюванні. Первинне оброблення дифракційних спектрів і роз- рахунки виконано з використанням апаратно-програмного комплексу як описано в [11]. Рентгенографічне дослідження продуктів послідовної термообробки (873—1673 К) зразків шихти СЗС із співвідношенням Ba : Nd : Sm : In =1 : 2 – x : x : 2 показало, що меха- нізми утворення двошарових BaNd2–xSmxIn2O7 мають досить складний характер і залежать від ступеня ізовалентного заміщення атомів неодиму (табл. 1, 2) Первинними (873 К) оксидними продуктами прокалювання шихти СЗС з х = 0 та 1 є фази зі структурою кубічних модифікацій Nd2O3, In2O3, а також незначна кількість фази зі структурою ромбічного перовськіту (ПС) NdInO3 (див. табл. 1). Кількісний вміст фази зі структурою перовськіту поступово зростає з подальшим підвищенням температури послідовної термообробки шихти СЗС і за температури 1173—1473 К її вміст перевищує 95 мас. % (див. табл. 1), а загальний склад відповідає формулі (BayLnz)InO3–. Відсутність надструктурних відбиттів свідчить про статистичний розподіл атомів Ln, Ba та оксигено- вих вакансій у дефектній перовськітній структурі (BayLnz)InO3–. Причиною першочерго- вого утворення за відносно низьких температур фази не із ШПС, а фази зі значно прості- шою структурою перовськіту є, очевидно, статистичний характер розподілу атомів Ln, Ba 84 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак у вихідній шихті СЗС, який унеможливлює пряме формування з неї складної високоупо- рядкованої ШПС в умовах низької рухливості цих атомів. Наявність досить значної кількості дефектів обумовлює напруженість і термічну не- стійкість дефектного перовськіту (BayLnz)InO3–. Підвищення температури термообробки призводить до його структурної трансформації у ШПС BaNd2In2O7 та BaNdSmIn2O7. Під час цієї трансформації відбувається розділення нескінченного тривимірного оксигеноок- таедричного каркаса перовськіту на двовимірні двошарові блоки та упорядкування роз- ташування атомів (Ln на межі блока в поліедрах LnO9, а Ва в середині блока в кубоокта- едричних пустотах ВаО12) і практично не змінюються параметри комірки вихідної фази зі структурою перовськіту (див. табл. 2). Кількісний вміст BaNd2In2O7 та BaNdSmIn2O7 з ШПС з підвищенням температури збільшується, а фази зі структурою дефектного перов- ськіту — зменшується (див. табл. 1, 2). Однак, оскільки для такої трансформації необхідна досить висока рухливість складових ґратки перовськіту, для повного завершення синтезу BaNd2In2O7 та BaNdSmIn2O7 з ШПС за послідовного режиму термообробки шихти СЗС необхідні температури понад 1673 К (див. табл. 2). Механізм утворення двошарових фаз BaNd2–хSmхIn2O7 з великим (х = 1,6 та 1,8) сту- пенем заміщення атомів неодиму додатково включає стадію утворення, крім дефектного Таблиця 1. Фазовий склад продуктів послідовної термообробки шихти СЗС зі співвідношеннями Ba : Nd : Sm : In = 1 : 2 – x : x : 2 Т, К x = 0 x = 1,0 x = 1,6 x = 1,8 873 С-Nd2O3 + С-In2O3 + домішка ПС С-(Nd,Sm)2O3 + С-In2O3 + ПС + домішка Х фаз С-(Sm,Nd)2O3 + С-In2O3 + Х фази С-(Sm,Nd)2O3 + R-In2O3 + Х фази 973 ПС + С-Nd2O3 + С-In2O3 + домішка Х фаз ПС + С-(Nd,Sm)2O3 + С-In2O3 + домішка Х фаз ПС + С-(Sm,Nd)2O3 + С-In2O3 + Х фази С-(Sm,Nd)2O3 + R-In2O3 + Х фази 1073 ПС + домішки С-Nd2O3 та С-In2O3 + домішка Х фаз ПС + домішки С-(Nd,Sm)2O3 i С-In2O3 + домішка Х фаз ПС + домішки С-(Sm,Nd)2O3 та С-In2O3 +домішка Х фаз С-(Sm,Nd)2O3 + R-In2O3 + Х фази 1173 ПС + домішка Х фаз ПС + домішка Х фаз ПС + домішка Х фаз С-(Sm,Nd)2O3 + R-In2O3 + Х фази 1273 ПС + домішки Х фаз ПС + домішки Х фаз ПС + домішки Х фаз С-(Sm,Nd)2O3 + R-In2O3 + ПС + Х фази 1373 ПС + домішка Х фаз ПС + домішка Х фаз ПС + домішка Х фаз ПС + Ba(In,Sm,Nd)O4 + домішка Х фаз 1473 ПС + домішка Х фаз ПС + домішка Х фаз ПС + Ba(In,Sm,Nd)O4 + домішка Х фаз ПС + Ba(In,Sm,Nd)O4 + домішка Х фаз 1573 ПС + сліди Х фази ПС + BaNdSmIn2O7 з ШПС + сліди Х фаз BaNd0,4Sm1,6In2O7 з ШПС + ПС + сліди Х фаз ПС + Ba(In,Sm,Nd)O4 + домішка Х фаз 1673 ПС + BaNd2In2O7 з ШПС BaNdSmIn2O7 з ШПС + ПС BaNd0,4Sm1,6In2O7 з ШПС + ПС BaNd0,2Sm1,8In2O7 з ШПС + ПC Примітка. Фази наведені в порядку зменшення їх кількісного вмісту; Х фаза — неідентифікована(і) фаза(и); домішка — вміст фази  5 мас. %; C-Ln2O3, С-In2O3 — кубічні модифікації, R-In2O3 — ромбо- едрична модифікація. 85ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 ромбічного ПС (BayLnz)InO3–, також фази Ba(In,Sm,Nd)O4 зі структурою типу CaFe2O4 (див. табл. 1, 2), у В-позиції якої одночасно знаходяться катіони In3+, Sm3+ та Nd3+. Її поява обу- мовлена збільшенням вмісту відносно невеликих (порівняно з катіонами Nd3+) катіонів Sm3+. Висока початкова температура утворення дефектного ПС у системі BaNd0,2Sm1,8In2O7 ( 1173 К) обумовлена (на відміну від решти систем) істотними відмінностями будови пер- винних оксидів Ln2O3 (пр. гр. Ia-3) та In2O3 (пр. гр. R-3c) (див. табл. 1), що підвищує темпе- ратуру початку їх взаємодії. Формування ШПС BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 1,6 та 1,8) відбуваєть- Таблиця 2. Параметри (нм) елементарних комірок продуктів послідовної термообробки шихти СЗС зі співвідношеннями Ba : Nd : Sm : In = 1 : 2 – x : x : 2 Т, К x = 0 x = 1,0 x = 1,6 x = 1,8 1473 ПС (a = 0,5631(4), b = 0,5888(2), c = 0,8127(6)) + домішка Х фаз ПС (a = 0,5584(5), b = 0,5875(2), c = 0,8100(6)) + домішка Х фаз ПС (a = 0,56012(9), b = 0,58891(6), c = 0,8120(1)) + Ba(In,Sm,Nd)O4 (a = 1,023(2), b = 1,2156(6), c = 0,3580(4)) + домішка Х фаз ПС (a = 0,5589(4), b = 0,5884(3), c= 0,8133(5)) + Ba(In,Sm,Nd)O4 (a = 1,023(3), b = 1,2144(9), c = 0,3581(7)) + домішка Х фаз 1573 ПС (a = 0,5631(2), b = 0,5904(1), c = 0,8135(4)) + сліди Х фаз ПС (a = 0,5613(2), b = 0,5890(2), c = 0,8125(4)) + BaNdSmIn2O7 з ШПС (a = 0,5886(1), c = 2,0389(6)) + сліди Х фаз I100 ШПС/I100 ПС = 0,47 BaNd0,4Sm1,6In2O7 з ШПС (a = 0,5887(1), с = 2,0384(5))+ ПС (a = 0,5611(3), b = 0,5894(2), c = 0,8125(3)) + сліди Х фаз I100 ШПС/I100 ПС = 2,9 ПС (a = 0,5588(3), b = 0,5881(2), c = 0,8112(4)) + Ba(In,Sm,Nd)O4 (a = 1,018(1), b = 1,212(1), c = 0,3585(4)) + домішка Х фаз 1673 ПС (a = 0,5631(2), b = 0,5901(2), c = 0,8137(3)) + BaNd2In2O7 з ШПС (a = 0,5886(2), c = 2,048(1)) I100 ШПС/I100 ПС = 0,22 BaNdSmIn2O7 з ШПС (а = 0,5876(1), с = 2,0380(5))+ ПС (a = 0,5611(2), b = 0,5885(2), c = 0,8119(4)) I100 ШПС/I100 ПС = 1,1 BaNd0,4Sm1,6In2O7 з ШПС (a = 0,5879(1), с = 2,0358(5)) + ПС (a = 0,5599(9), b = 0,5880(5)), c = 0,8107(9)) I100 ШПС/I100 ПС = 3,87 BaNd0,2Sm1,8In2O7 з ШПС (a = 0,5876(2), с = 2,0332(7)) + ПС (a = 0,5585(5), b = 0,5877(5), c = 0,8092(9)) I100 ШПС/I100 ПС = 7,9 Таблиця 3. Cклад і кристалографічні параметри продуктів “ударної” термообробки шихти СЗС зі співвідношеннями Ba : Nd : Sm : In = 1 : 2 – x : x : 2 Склад Просторова група а, нм с, нм V, нм3 BaNd2In2O7 з ШПС P42/mnm 0,58969(8) 2,0491(3) 0,7125(3) BaNdSmIn2O7 з ШПС P42/mnm 0,58865(2) 2,0391(1) 0,7066(2) BaNd0,4Sm1,6In2O7 з ШПС P42/mnm 0,58834(3) 2,0345(2) 0,7042(3) BaNd0,2Sm1,8In2O7 з ШПС P42/mnm 0,58807(2) 2,0328(1) 0,7030(2) 86 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак ся як шляхом взаємодії дефектного ромбічного ПС (BayLnz)InO3– з фазою Ba(In,Sm,Nd)O4, так і шляхом структурної трансформації дефектного ПС (BayLnz)InO3–. Cлід відзначити, що ізовалентне заміщення атомів Nd на атоми Sm у BaNd2In2O7 спричиняє не лише зміни механізму утворення з шихти СЗС фаз типу BaNd2–хSmхIn2O7 з ШПС, а й підвищує повноту їх синтезу. Зокрема, за температури 1670 К співвідношення інтенсивностей відбиттів I100 ШПС/I100 ПС поступово збільшується від 0,22 (х = 0) до 7,9 (х = 1,8) (див. табл. 2). Проте одержання однофазних BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 1,6 та 1,8) з ШПС за послідовного режиму термообробки шихти СЗС також потребує температур, значно вищих за 1670 К. Враховуючи встановлені нами особливості формування сполук і фаз типу BaNd2–хSmхIn2O7 з ШПС із шихти СЗС, для одержання однофазних двошарових індатів BaNd2–хSmхIn2O7 був запропонований метод їх прямого синтезу шляхом “ударного” на- гріву шихти СЗС, за якого відбувається одночасний перебіг процесів утворення проміж- них кристалічних продуктів ((BayLnz)InO3–, Ba(In,Sm,Nd)O4), їх структурної перебудови і взаємодії між собою. Суть методу полягає у внесенні денітрогенізованих (прожарених за температури 870 К протягом 5 год) запресованих зразків шихти безпосередньо в піч, нагріту до температури 1573 К. Застосування такого підходу дало змогу синтезувати од- нофазні BaNd2–хSmхIn2O7 (х = 0, 1, 1,6 та 1,8) з ШПС за температури 1573 К двоступін- чатою (2 год + 2 год) термообробкою з одним проміжним перешихтовуванням (табл. 3). Таким чином, у результаті дослідження виявлено основні закономірності впливу ізо- валентного заміщення атомів А-позиції в ШПС BaNd2In2O7 на механізми утворення дво- шарових фаз типу BaNd2–хSmхIn2O7 із систем спільно закристалізованих солей і визначено оптимальні умови їх синтезу. Вони становлять інтерес для розроблення технологій одер- жання сполук і ізоморфно заміщених фаз типу An+1BIII nO3n+1 з ШПС та цілеспрямованого пошуку і регулювання функціональних властивостей матеріалів на їх основі. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРA 1. Kato S., Ogasawara M., Sugai M., Nakata S. Synthesis and oxide ion conductivity of new layered perovskite La1–xSr1+xInO4–d. Solid State Ionics. 2002. 149, № 1—2. P. 53–57. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00138-8 2. Schaak R.E., Mallouk T.E. Perovskites by design: a toolbox of solid-state reactions. Chem. Mater. 2002. 14, № 4. P. 1455—1471. https://doi.org/10.1021/cm010689m 3. Xiao H., Liu P., Wang W., Ran R., Zhou W., Shao Z. Ruddlesden–Popper perovskite oxides for photocatalysis- based water splitting and wastewater treatment. Energy Fuels. 2020. 34, № 8. Р. 9208—9221. https://doi. org/10.1021/acs.energyfuels.0c02301 4. Ding P., Li W., Zhao H., Wu C., Zhao L., Dong B., Wang S. Review on Ruddlesden–Popper perovskites as cathode for solid oxide fuel cells. J. Phys. Mater. 2021. 4, № 2. 022002. https://doi.org/10.1088/2515-7639/abe392 5. Rao C.N.R., Raveau B. Transition metal oxides: structure, properties, and synthesis of ceramic oxides. New York, Chichester, Wemheim: Villey-VCH, 1998. 392 p. 6. Titov Yu., Nedilko S.G., Chornii V., Scherbatskii V., Belyavina N., Markiv V., Polubinskii V. Crystal structure and luminescence of layered perovskites Sr3LnInSnO8. Solid State Phenom. 2015. 230. P. 67—72. https://doi. org/10.4028/www.scientific.net/SSP.230.67 7. Titov Y., Belyavina N., Slobodyanik M., Nakonechna O., Strutynska N., Tymoshenko M. Effect of isovalent sub- stitution on the crystal structure and properties of two-slab indates BaLa2–xSmxIn2O7. Open Chem. 2020. 18, № 1. P. 1294—1303. https://doi.org/10.1515/chem-2020-0090 8. Тітов Ю.О., Слободяник М.С., Kpаєвська Я.А. Особливості механізмів утворення шаруватих індатів AIILanInnO3n+1 (AII = Sr, Ba) із систем спільнозакристалізованих нітратів. Укр. хим. журн. 2011. 77, № 6. С. 73—76. 87ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7 9. Тітов Ю.О., Слободяник М.С., Краєвська Я.А., Чумак В.В. Особливості утворення шаруватих скандатів (SrO)(LaScO3)n із систем сумісноосаджених гідроксиоксалатів та закристалізованих нітратів. Укр. хим. журн. 2008. 74, № 9. С. 34—39. 10. Тітов Ю.О., Слободяник М.С., Краєвська Я.А., Чумак В.В. Особливості механізмів утворення шарува- тих скандатів SrLnnScnO3n+1 із систем суміснозакристалізованих нітратів. Укр. хим. журн. 2010. 76, № 5. С. 11—16. 11. Dashevskyi M., Boshko O., Nakonechna O., Belyavina N. Phase transformations in equiatomic Y—Cu powder mixture at mechanical milling. Металлофиз. новейшие технол. 2017. 39, № 4. Р. 541—552. https://doi. org/10.15407/mfint.39.04.0541 Надійшло до редакції 07.12.2022 REFERENCES 1. Kato, S., Ogasawara, M., Sugai, M. & Nakata, S. (2002). Synthesis and oxide ion conductivity of new layered perovskite La1–xSr1+xInO4–d. Solid state ionics, 149, No. 1-2, pp. 53-57. https://doi.org/10.1016/S0167- 2738(02)00138-8 2. Schaak, R. E. & Mallouk, T. E. (2002). Perovskites by design: a toolbox of solid-state reactions. Chem. Mater., 14, No. 4, pp. 1455-1471. https://doi.org/10.1021/cm010689m 3. Xiao, H., Liu, P., Wang, W., Ran, R., Zhou, W. & Shao, Z. (2020). Ruddlesden–Popper perovskite oxides for photocatalysis-based water splitting and wastewater treatment. Energy Fuels, 34, No. 8, pp. 9208-9221. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02301 4. Ding, P., Li, W., Zhao, H., Wu, C., Zhao, L., Dong, B. & Wang, S. (2021). Review on Ruddlesden–Popper perovskites as cathode for solid oxide fuel cells. J. Phys. Mater., 4, No. 2, 022002. https://doi.org/10.1088/2515- 7639/abe392 5. Rao, C. N. R. & Raveau, B. (1998). Transition metal oxides: structure, properties, and synthesis of ceramic oxides. New York, Chichester, Wemheim: Villey-VCH. 6. Titov, Yu., Nedilko, S. G., Chornii, V., Scherbatskii, V., Belyavina, N., Markiv, V. & Polubinskii, V. (2015). Crys- tal structure and luminescence of layered perovskites Sr3LnInSnO8. Solid State Phenom., 230, pp. 67-72. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.230.67 7. Titov, Y., Belyavina, N., Slobodyanik, M., Nakonechna, O., Strutynska, N. & Tymoshenko, M. (2020). Effect of isovalent substitution on the crystal structure and properties of two-slab indates BaLa2–xSmxIn2O7. Open Chem., 18, No. 1, pp. 1294-1303. https://doi.org/10.1515/chem-2020-0090 8. Titov, Y. O., Slobodyanik, M. S. & Krayevska, Ya. A. (2011). Peculiarities of mechanisms formation of slab indates AIILanInnO3n+1 (AII = Sr, Ba) from the systems of co-crystallized nitrates. Ukr. Khim. Zhurn., 77, No. 6, pp. 73-76 (in Ukrainian). 9. Titov, Y. O., Slobodyanik, M. S., Krayevska, Ya. A. & Chumak, V. V. (2008). Peculiarities of formation of slab scandates (SrO)(LaScO3)n from the systems of co-precipitated hydroxy-oxalates and crystallized nitrates. Ukr. Khim. Zhurn., 74, No. 9, pp. 34-39 (in Ukrainian). 10. Titov, Y. O., Slobodyanik, M. S., Krayevska, Ya. A. & Chumak, V. V. (2010). Peculiarities of mechanisms formation of slab scandates SrLnnScnO3n+1 from the systems of co-crystallized nitrates. Ukr. Khim. Zhurn., 76, No. 5, pp. 11-16 (in Ukrainian). 11. Dashevskyi, M., Boshko, O., Nakonechna, O. & Belyavina, N. (2017). Phase transformations in equiatomic Y—Cu powder mixture at mechanical milling. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4, pp. 541-552. https:// doi.org/10.15407/mfint.39.04.0541 Received 07.12.2023 88 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Ю.О. Тітов, Н.Ю. Струтинська, В.В. Чумак Y.A. Titov1, https://orcid.org/0000-0001-9900-3751 N.Yu. Strutynska1, https://orcid.org/0000-0001-9738-9689 V.V. Chumak2, https://orcid.org/0000-0001-5892-3703 1 Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv 2 Zhytomyr Ivan Franko State University, Zhytomyr E-mail: titov1952@ukr.net PREPARATION AND PECULIARITIES OF TWO-SLAB INDATES BaNd2−xSmxIn2O7 FORMATION The main regularities of isovalent substitution effect of A-position atoms in the slab perovskite-like structure of BaNd2In2O7 indate on the formation mechanisms of two-slab phases BaNd2−xSmxIn2O7 type (х = 0, 1, 1.6 and 1.8) have been established using X-ray powder diffraction methods. It has been demonstrated that the staging mecha- nisms of formation and the sequence of phase transformations are determined by both the composition and the degree of substitution of neodymium atoms. It has been determined that the formation of a highly ordered slab structure of BaNd2−xSmxIn2O7 (x = 0 and 1) occurs at T  1570 K through the structural transformation of an in- termediate three-dimensional defective perovskite with a the general composition of (BayLnz)InO3−, which exhib- its a statistical distribution of Ba, Ln atoms, and oxygen vacancies. The formation of the two-slab BaNd2−xSmxIn2O7 (x = 1.6 and 1.8) occurs in two mechanisms: by the interaction of defective rhombic perovskite (BayLnz)InO3− with the intermediate phase Ba(In,Sm,Nd)O4 and by structural transformation of the defective perovskite (BayLnz)InO3−. The optimal conditions for synthesizing single-phase BaNd2−xSmxIn2O7 with a two-slab perovskite-like structure were determined. Keywords: compounds of An+1BnO3n+1 type, mechanism of formation, slab perovskite-like structure.

Одержання та особливості утворення двошарових індатів BaNd2−xSmxIn2O7

Institution

Ähnliche Einträge