Oxygen-Ionic Conductivity in Isovalent-Doped Layered BaLaInO4-Based Perovskites

A. O. Bedarkova; Бедарькова А. О.; P. V. Cheremisina; Черемисина П. В.; E. V. Abakumova; Абакумова Е. В.; I. S. Fedorova; Федорова И. С.; K. G. Davletbaev; Давлетбаев К. Г.; N. A. Tarasova; Тарасова Н. А.; I. E. Animitsa; Анимица И. Е.

doi:10.31857/S0424857023040035

Кислородно-ионная проводимость в изовалентно-допированных слоистых перовскитах на основе BaLaInO₄

Авторы: Бедарькова А.О.¹^,2, Черемисина П.В.¹^,2, Абакумова Е.В.¹^,2, Федорова И.С.², Давлетбаев К.Г.¹^,2, Тарасова Н.А.¹^,2, Анимица И.Е.¹^,2
Учреждения:
1. Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
2. Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
Страницы: 193-199
Раздел: Статьи
URL: https://clinpractice.ru/0424-8570/article/view/671050
DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023040035
EDN: https://elibrary.ru/ANZTXH
ID: 671050

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе изучена кислородно-ионная проводимость изовалентно-допированных сложных оксидов, характеризующихся структурой Раддлесдена–Поппера. Путем замещения в La-подрешетке впервые получен образец BaLa_0.9Nd_0.1InO₄, исследованы его транспортные свойства. Приведена сравнительная характеристика результатов с данными для образцов, полученных ранее при изовалентном замещении в In-подрешетке BaLaInO₄. Показано, что введение допанта приводит к росту вклада кислородно-ионной составляющей проводимости, а также к увеличению общей электропроводности вплоть до ~2 порядков величины.

Ключевые слова

структура Раддлесдена–Поппера, BaLaInO₄, изовалентное допирование, кислород-ионная проводимость

Список литературы

Tarutin, A., Gorshkov, Yu., Bainov, A., Vdovin, G., Vylkov, A., Lyagaeva, J., and Medvedev, D., Barium-doped nickelates Nd2 – xBaxNiO4 + δ as promising electrode materials for protonic ceramic electrochemical cells, Ceramics Int., 2020, vol. 46, p. 24355.
Tarutin, A., Lyagaeva, J., Farlenkov, A., Plaksin, S., Vdovin, G., Demin, A., and Medvedev, D., A Reversible Protonic Ceramic Cell with Symmetrically Designed Pr2NiO4 + δ-Based Electrodes: Fabrication and Electrochemical Features, Materials, 2019, vol. 12, p. 118.
Bassat, J.M., Burriel, M., Wahyudi, O., Castaing, R., Ceretti, M., Veber, P., Weill, I., Villesuzanne, A., Grenier, J.C., and Paulus, W., Anisotropic oxygen diffusion properties in Pr2NiO4 + δ and Nd2NiO4 + δ single crystals, J. Phys. Chem. C, 2013, vol. 117, p. 26466.
Lee, D., Grimaud, A., Crumlin, E.J., Mezghani, K., Habib, M.A., Feng, Z.X., Hong, W.T., Biegalski, M.D., Christen, H.M., and Shao-Horn, Y., Strain influence on the oxygen electrocatalysis of the (100)-oriented epitaxial La2NiO4 + δ thin films at elevated temperatures, J. Phys. Chem. C, 2013, vol. 117, p. 18789.
Boehm, E., Bassat, J.M., Dordor, P., Mauvy, F., Grenier, J.C., and Stevens, P., Oxygen diffusion and transport properties in non-stoichiometric Ln2 – xNiO4 + δ oxides, Solid State Ionics, 2005, vol. 176, p. 2717.
Troncoso, L., Alonso, J.A., and Aguadero, A., Low activation energies for interstitial oxygen conduction in the layered perovskites La1 + xSr1 – xInO4 + δ, J. Mater. Chem. A, 2015, vol. 3, p. 17797.
Troncoso, L., Mariño, C., Arce, M.D., and Alonso, J.A., Dual Oxygen Defects in Layered La1.2Sr0.8 – xBaxInO4 + δ (x = 0.2, 0.3) Oxide-Ion Conductors: A Neutron Diffraction Study, Materials, 2019, vol. 12, p. 1624.
Kato, S., Ogasawara, M., Sugai, M., and Nakata, Sh., Synthesis and oxide ion conductivity of new layered perovskite La1 – xSr1 + xInO4 – d, Solid State Ionics, 2002, vol. 149, p. 53.
Troncoso, L., Alonso, J.A., Fernández-Díaz, M.T., and Aguadero, A., Introduction of interstitial oxygen atoms in the layered perovskite LaSrIn1 – xBxO4 + δ system (B = Zr, Ti), Solid State Ionics, 2015, vol. 282, p. 82.
Troncoso, L., Arce, M.D., Fernández-Díaz, M.T., Mogni, L.V., and Alonso, J.A., Water insertion and combined interstitial-vacancy oxygen conduction in the layered perovskites La1.2Sr0.8 – xBaxInO4 + d, New J. Chem., 2019, vol. 43, p. 6087.
Fujii, K., Esaki, Y., Omoto, K., Yashima, M., Hoshikawa, A., Ishigaki, T., and Hester, J.R., New Perovskite-Related Structure Family of Oxide-Ion Conducting Materials NdBaInO4, Chem. Mater., 2014, vol. 26, p. 2488.
Fujii, K., Shiraiwa, M., and Esaki, Y., Improved oxide-ion conductivity of NdBaInO4 by Sr doping, J. Mater. Chem. A, 2015, vol. 3, p. 11985.
Ishihara, T., Yan, Yu, Sakai, T., and Ida, Sh., Oxide ion conductivity in doped NdBaInO4, Solid State Ionics, 2016, vol. 288, p. 262.
Yang, X., Liu, Sh., Lu, F., Xu, J., and Kuang, X., Acceptor Doping and Oxygen Vacancy Migration in Layered Perovskite NdBaInO4‑Based Mixed Conductors, J. Phys. Chem. C, 2016, vol. 120, p. 6416.
Fujii, K. and Yashima, M., Discovery and development of BaNdInO4 – A brief review, J. Ceram. Soc. JAPAN, 2018, vol. 126, p. 852.
Zhou, Yu, Shiraiwa, M., Nagao, M., Fujii, K., Tanaka, I., Yashima, M., Baque, L., Basbus, J.F., Mogni, L.V., and Skinner, S.J., Protonic Conduction in the BaNdInO4 Structure Achieved by Acceptor Doping, Chem. Mater., 2021, vol. 33, p. 2139.
Korona, D.V., Obrubova, A.V., Kozlyuk, A.O., and Animitsa, I.E., Hydration and Proton Transport in BaCaxLa1 – xInO4 – 0.5x (x = 0.1 and 0.2) Phases with Layered Structure, Russ. J. Phys. Chem. A, 2018, vol. 92, p. 1727.
Tarasova, N., Animitsa, I., Galisheva, A., and Korona, D., Incorporation and Conduction of Protons in Ca, Sr, Ba-Doped BaLaInO4 with Ruddlesden–Popper Structure, Materials, 2019, vol. 12, p. 1668.
Tarasova, N., Animitsa, I., and Galisheva, A., Electrical properties of new protonic conductors Ba1 + xLa1 – xInO4 – 0.5x with Ruddlesden–Popper structure, J. Solid State Electrochem., 2020, vol. 24, p. 1497.
Tarasova, N., Galisheva, A., and Animitsa, I., Improvement of oxygen-ionic and protonic conductivity of BaLaInO4 through Ti doping, Ionics, 2020, vol. 26, p. 5075.
Tarasova, N., Animitsa, I., and Galisheva, A., Effect of acceptor and donor doping on the state of protons in block-layered structures based on BaLaInO4, Solid State Comm., 2021, vol. 323, p. 14093.
Tarasova, N.A., Galisheva, A.O., Animitsa, I.E., and Lebedeva, E.L., Oxygen-ion and proton transport in Sc-doped layered perovskite BaLaInO4, Russ. J. Electrochem., 2021, vol. 57, p. 1008.
Tarasova, N., Galisheva, A., Animitsa, I., Anokhina, I., Gilev, A., and Cheremisina, P., Novel mid-temperature Y3+ → In3+ doped proton conductors based on the layered perovskite BaLaInO4, Ceramics Int., vol. 48, p. 15677.
Shannon, R.D., Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides, Acta Cryst., 1976, vol. A32, p. 751.
Tarasova, N. and Animitsa, I., Materials AIILnInO4 with Ruddlesden–Popper structure for electrochemical applications: relationship between ion (oxygen-ion, proton) conductivity, water uptake and structural changes, Materials, 2022, vol. 15, p. 114.