Si-ЗАМЕЩЕННЫЙ ИНДАТ-АЛЮМИНАТ БАРИЯ С БЛОЧНЫМ ТИПОМ СТРУКТУРЫ: СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Глинский Н.Н., Корона Д.В., Кочетова Н.А.

Уральский федеральный университет

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

Применение сложнооксидных электролитов в водородной энергетике в качестве протонпроводящих мембран требует наличия у данных материалов высокой протонной проводимости. Одним из перспективных сложных оксидов является Ba₇In₆Al₂O₁₉, имеющий блочную структуру гексагонального перовскита. Наличие структурных вакансий кислорода обуславливает его кислородно-ионную проводимость в сухой и протонную проводимость во влажной атмосфере. В целях улучшения свойств можно применять различные типы замещения, например, введение в Al-позиции атомов неметаллического элемента – кремния, что по сути является замещением катионных полиэдров на оксоанионные группировки (оксоанионное допирование). Замещение может привести к оптимизации блочной структуры и улучшить электротранспортные свойства материала.

В настоящей работе образец состава Ba₇In₆Al_1.9Si_0.1O_19.1 был получен модифицированным методом Печини из исходных веществ квалификации ос.ч.: Ba(NO₃)₂, Al(NO₃)₃, SiO₂, In₂O₃, HNO₃ (к). Ионы Вa²⁺, Al³⁺, In³⁺ в рабочем растворе находились в виде нитратов, в качестве органических реагентов использовали глицерин и лимонную кислоту. Кремний вводили как SiO₂ на этапе образования геля, до процесса пиролиза. Полученный после пиролиза полупродукт был перетерт в этаноле и дополнительно отожжен при 1200 °С в течение 24 часов. По данным рентгенофазового анализа (XRD-7000 Maxima, Shimadzu, Япония), образец описывался гексагональной структурой (пр. гр. P6₃/mmc) с параметрами элементарной ячейки: a=5.971(0) Å, c=38.148(1) Å.

Установили, используя метод термогравиметрии (STA 409 PC Luxx (Netzsch, Германия), что образец способен к диссоциативному внедрению молекул воды в структуру в количествах ~1.1 моль на формульную единицу вещества. Основное удаление воды наблюдается в интервалах температур 300 – 500 ^оС.

Электропроводность измеряли методом электрохимического импеданса (Z­1000P, Elins, Россия) в частотном диапазоне 100 Гц – 1 МГц в интервале температур 300–900°С в атмосферах сухого/влажного воздуха. Обнаружено, что электропроводность возрастает во влажной атмосфере по сравнению с сухой из-за появления протонного переноса. Частичное замещение алюминия на атомы кремния в структуре сложного оксида Ba₇In₆Al₂O₁₉ приводит к заметному повышению значений общей электропроводности как в сухой, так и во влажной атмосферах, что можно связать с увеличением подвижности ионных носителей тока при увеличении объема элементарной ячейки.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда и правительства Свердловской области № 24-13-20026.