ІЗОВАЛЕНТНЕ ЗАМІЩЕННЯ АТОМІВ ЛАНТАНУ У СКАНДАТІ BaLa2Sc2O7: DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2023.1(58).4

Мар'яна  ТИМОШЕНКО; Юрій ТІТОВ; Надія БІЛЯВИНА; Микола СЛОБОДЯНИК

Автор(и)

Мар'яна ТИМОШЕНКО Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0003-3578-4979
Юрій ТІТОВ Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0001-9900-3751
Надія БІЛЯВИНА Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0001-7371-3608
Микола СЛОБОДЯНИК Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0003-2684-9806

Ключові слова:

сполуки An+1BnO3n+1-типу, шарувата перовськітоподібна структура, ізоморфізм, тверді розчини, рентгенівська порошкова дифрактометрія

Анотація

Вступ. Дослідження впливу ізоморфного заміщення атомів на структуру й особливості оксидних сполук є одним із головних завдань сучасного матеріалознавства. Винятковий інтерес становлять представники сімейства сполук типу A_n+1B_nO_3n+1 (зокрема скандати A^IILn₂Sc₂O₇) із шаруватою перовськітоподібною структурою, які володіють низкою практично важливих властивостей. Цю роботу присвячено вивченню можливості заміщення атомів La меншими атомами Dy у двошаровій перовськітоподібній структурі BaLa₂Sc₂O₇ і його впливу на кристалографічні особливості синтезованих скандатів BaLa_2-xDy_xSc₂O₇.

Методи. У роботі використано метод синтезу нових фаз термообробленням співкристалізованих солей, а також методи порошкової рентгенівської дифракції і генерації другої оптичної гармоніки отриманими фазами.

Результати. Визначено межі ізовалентного заміщення атомів лантану (0 £ х £ 1,0) і кристалографічні параметри синтезованих фаз BaLa_2-xDy_xSc₂O₇ із двошаровою структурою. Індексування дифрактограм термооброблених зразків BaLa_2-xDy_xSc₂O₇ (0 £ х £ 1,0) засвідчило їхню належність до тетрагональної сингонії. Систематика погасань відбиттів і результати тесту на генерацію сигналу другої оптичної гармоніки лазерного випромінювання показали належність їхньої кристалічної структури до центросиметричної просторової групи P4₂/mnm. Характер фазових співвідношень у системі BaLa_2-xDy_xSc₂O₇ і тип концентраційних залежностей параметрів тетрагональних елементарних комірок фаз BaLa_2-xDy_xSc₂O₇ із двошаровою структурою свідчать, що за природою зазначені фази є обмеженим рядом твердих розчинів. Визначено найбільш вірогідний механізм руйнації шаруватої перовськітоподібної структури у зразках BaLa_2-xDy_xSc₂O₇ з х > 1 і проведено порівняльне зіставлення стабільності шаруватої структури скандатів A^IILa_2-xDy_xSc₂O₇ (A^II = Ba, Sr).

Висновки. Одержані результати свідчать про можливість достатньо значного ізоморфного заміщення атомів РЗЕ у шаруватій перовськітоподібній структурі скандатів BaLn₂Sc₂O₇, можуть надалі бути використані для регулювання їхніх властивостей і становлять безсумнівний інтерес для розв'язання задачі цілеспрямованого пошуку нових сполук MeLn_nB^III_nO_3n+1 iз цим типом структури.

Посилання

Dashevskyi, M., Boshko, O., Nakonechna, O. & Belyavina, N. (2017). Phase Transformations in Equiatomic Y–Cu Powder Mixture at Mechanical Milling. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39(4), 541–552. https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.054

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. of Physics: Materials, 4(2), 022002. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7639/abe392/pdf

Gilev, A. R., Kiselev, E. A. & Cherepanov, V. A. (2018). Oxygen transport phenomena in (La,Sr)2(Ni,Fe)O4 materials. J. Mater. Chem. A, 6, 5304–12. https://doi.org/10.1039/C7TA07162K

Han, N., Guo, X., Cheng, J., Liu, P., Zhang, S., Huang, S., Rowles, M. R., Fransaer, J., & Liu, S. (2021). Inhibiting in situ phase transition in Ruddlesden-Popper perovskite via tailoring bond hybridization and its application in oxygen permeation. Matter, 4(5), 1720–1734. https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.02.01

Huan, Y., Chen, S., Zeng, R., Wei, T., Dong, D., Hu, X. & Huang, Y. (2019). Intrinsic effects of Ruddlesden-Popper-based bifunctional catalysts for high-temperature oxygen reduction and evolution. Adv. Energy Mater., 9(29), 1901573. https://doi.org/10.1002/aenm.201901573

Kamimura, S., Yamada, H. & Xu, C-N. (2012). Strong reddish-orange light emission from stress-activated Srn+1SnnO3n+1:Sm3+ (n = 1, 2, ∞) with perovskite-related structures. Appl. Phys. Lett., 101(9), 091113. https://doi.org/10.1063/1.4749807

Kim, I. S., Nakamura, T. & Itoh, M. J. (1993). Humidity Sensing Effects of the Layered Oxides SrO (LaScO3)n (n = 1, 2, ∞). Ceram. Soc. Jap., 101(7), 800–803. https://doi.org/10.2109/jcersj.101.800

Kurtz, S. K. & Perry, T. T. (1968). A Powder Technique for the Evaluation of Nonlinear Optical Materials. J. Appl. Phys., 39(8), 3798–3713. https://doi.org/10.1063/1.1656857

Nirala, G., Yadav, D. & Upadhyay, S. (2020). Ruddlesden-Popper phase A2BO4 oxides: Recent studes on structure, electrical, dielectric and optical properties. J. Advanced Ceramics, 9(2),129–148. https://doi.org/10.1007/s40145-020-0365-x

Schaak, R. E. & Mallouk, T. E. (2002). Perovskites by Design: A Toolbox of Solid-State Reactions Chem. Mater., 5(4), 1455–1471. https://doi.org/10.1021/cm010689m

Shimizu, K., Itoh, S., Hatamachi, T., Kodama, T., Sato, M., & Toda, K. (2005). Photocatalytic water splitting on Ni-intercalated Ruddlesden-Popper tantalate H2La2/3Ta2O7. Chem. Mater., 17(20), 5161–5166. https://doi.org/10.1021/cm050982c

Titov, Y. A., Belyavina, N. M., Slobodyanik, M. S., Chumak, V. V. & Nakonechna O. I. (2019). Synthesis and crystal structure of isovalently substituted slab SrLa2-xDyxSc2O7 scandates. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 6, 228–235 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-127-6-228-235

Titov, Y. O., Belyavina, N. M., Markiv, V. Ya., Slobodyamik, M. S., Krayevska, Ya. A., Yaschuk, V. P. & Chumak, V. V. (2009). Synthesis and crystal structure of BaLn2Sc2O7. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr., 5, 172–178 [in Ukrainian].

Titov, Y. O., Belyavina, N. M., Slobodyanik, M. S., Nakonechna, O. I. & Strutynska, N. Y. (2021). Effect of strontium atoms substitution on the features of two-slab structure of Sr1-xCaxLa2Sc2O7 scandates. French-Ukrainian J. Chem., 9(1), 44–50. https://doi.org/10.17721/fujcV9I1P44-50

Wang, Z., Huang, H., Gang Li, G., Yan, X., Yu, Z., Wang, K. & Wu, Y. (2021). Advances in engineering perovskite oxides for photochemical and photoelectrochemical water splitting. Applied Physics Reviews, 8(2), 021320. https://doi.org/10.1063/5.0039197

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(8), 9208–9221. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02301

Xu, N., Takei, T., Miura, A. & Kumada, N. (2014). Photocatalytic Activities of Layered Niobate Perovskite (A'An−1NbnO3n+1, A: Ca, La) with Substitution of Ti and W for Nb. J. Ion Exchange, 25(4), 242–247. https://doi.org/10.5182/jaie.25.242

Xu, X., Pan, Y., Zhong, Y., Ran, R. & Shao, Z. (2020). Ruddlesden-Popper perovskites in electrocatalysis. Mater. Horiz., 7(10), 2519–2565. https://doi.org/10.1039/D0MH00477D