СИНТЕЗ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ, СКАНДИЯ, ДОПИРОВАННЫХ ТИТАНОМ

Владимир И.И., Матвеев Е.С.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Актуальность поиска альтернатив углеводородному топливу стимулирует изучение перовскитоподобных оксидов в качестве протонных электролитов для электрохимических устройств. Особый интерес представляет сложный оксид [1] β-Ba₂ScAlO₅, высокая проводимость которого обусловлена гетерогенной структурой: чередованием октаэдрических слоёв (пути миграции протонов) и кислород-дефицитных слоёв [2]. Перспективным методом управления свойствами таких матриц является изовалентное допирование. В данной работе рассматривается влияние замещения скандия (Sc³⁺) на титан (Ti⁴⁺) в структуре Ba₂ScAlO₅. Следуя логике успешного допирования Ba₂In₂O₅ ионом Ti⁴⁺, можно ожидать, что введение Ti⁴⁺ с меньшим ионным радиусом (0,605 Å против 0,745 Å у Sc³⁺) вызовет локальное сжатие октаэдров. Это, предположительно, приведет к образованию дополнительных кислородных вакансий для компенсации заряда в октаэдрическом слое или его окрестностях, что должно способствовать росту кислород-ионной и протонной проводимости.

Целью данной работы был синтез сложного оксида Ba₂AlSc_0,9Ti_0,1O_5,05 в двух параллелях: в стехиометрическом количестве и с 10% избытком оксида скандия. Синтез проводили твердофазным методом. Навески Ba₂CO₃, Al₂O₃, Sc₂O₃ и TiO₂ были перетерты в ступке с гексаном в течение 40 минут для гомогенизации, с последующим спеканием при 1100 °С 96 часов в тиглях из оксида бериллия. Аттестацию состава проводили методом РФА

По результатам РФА порошки после отжига при 1100 °С содержат фазу Ba₂ScAlO₅. Твердый раствор изоструктурен модификациям α-Ba₂AlScO₅ и β-Ba₂ScAlO₅. Примесных фаз обнаружено не было, но состав получился аморфным, из-за чего отжиг продолжили при 1200 °С 96 часов.

Таким образом, установлена потенциальная возможность образования твердых растворов на основе сложного оксида Ba₂AlScO₅, допированного титаном.

1. Murakami T., Avdeev M., Morikawa R., Hester J. R., Yashima M. High Proton Conductivity in β-Ba2ScAlO5 Enabled by Octahedral and Intrinsically Oxygen-Deficient Layers // Advanced functional materials. 2022. V. 33. P. 1–11.

2. Hideshima N., Hashizume K. Effect of partial substitution of In by Zr, Ti and Hf on protonic conductivity of BaInO2.5 // Solid State Ionics. 2010. V. 181. P. 1659–1664.