СИНТЕЗ И КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ

Ерёмина П.Д., Волкова Н.Е., Малышкин Д.А.

Уральский федеральный университет

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

Сложные оксиды со структурой двойного перовскита состава PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ обладают высокой смешанной электронно-ионной проводимостью и термической стабильностью в окислительной среде. По этой причине становится возможным их применение в качестве материалов для электродов твердооксидных топливных элементов, газовых сенсорах, а также в качестве катализаторов дожига выхлопных газов. Известно, что в зависимости от концентрации 3d-металлов твердые растворы PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ могут кристаллизоваться в кубической и тетрагональной симметрии. В рамках настоящей работы было проведено определение границы существования кубического твердого раствора
PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ с целью обнаружения состава, обладающего высокой концентрацией дефектов и, следовательно, наивысшей электропроводностью.

Синтез образцов PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ (x = 1.0 - 1.7) проводился по глицерин-нитратной технологии на воздухе. В качестве исходных веществ были использованы Pr₆O₁₁, FeC₂O₄×2H₂O, BaCO₃ и Co. Оксид празеодима Pr₆O₁₁ и карбонат бария BaCO₃ были предварительно прокалены до постоянной массы; металлический кобальт Co получали из оксида Co₃O₄ восстановлением в токе водорода. Полученные прекурсоры были подвергнуты ступенчатому нагреванию в температурном интервале 900-1100°C в течение 50 ч с промежуточными перетираниями с добавлением этанола в агатовой ступке. Заключительный отжиг проводился при 1100°C с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры и перетиранием в среде этанола. Фазовый состав образцов был определен с помощью метода рентгенофазового анализа. Идентификацию выявленных фаз проводили с помощью картотеки JСPDS и программного пакета “fpeak”. Дальнейшее уточнение параметров элементарной ячейки проводилось по методу Ле-Бейла с помощью программы “Fullprof 2023”.

Исходя из данных РФА установлено, что оксиды PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ, обогащенные железом (при x = 1.5, 1.7) кристаллизуются в кубической структуре, а с большим содержанием кобальта – являются двухфазными и содержат в своем составе фазы со структурой двойного перовскита и с кубической структурой. Дополнительно фазовый состав образцов был исследован при помощи метода сканирующей электронной микроскопии. Для этого предварительно поликристаллические образцы были спрессованы в керамические таблетки. Методом СЭМ были получены микрофотографии поверхности PrBaCo_0.5Fe_1.5O_6-δ и карты распределения элементов. Методом EDX-анализа был подтверждён его качественный и количественный состав. Далее образцы PrBaCo_2-xFe_xO_6-δ (x = 1.0 - 1.7) были подвергнуты отжигу в атмосфере азота при 1000°C.