TY - JOUR

T1 - Протонная и кислород-ионная проводимость чистых и легированных лантаноидами гафнатов РЗЭ со структурой пирохлора

AU - Шляхтина, А. В.

AU - Лысков, Н. В.

AU - Колбанев, И. В.

AU - Касьянова, Анна Владимировна

AU - Медведев, Дмитрий Андреевич

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - В настоящей работе методом механической активации с последующим высокотемпературным синтезом при 1600°С (3–10 ч) синтезирована высокоплотная керамика Ln2Hf2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) и проведено сравнение ее транспортных свойств с твердыми растворами Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu). Общая проводимость керамики исследована на переменном (метод импеданс-спектроскопии) и постоянном токе, а также для Ln2Hf2O7 (Ln = Sm, Eu) – методом определения общей проводимости в зависимости от парциального давления кислорода. Максимальная кислород-ионная проводимость установлена для Gd2Hf2O7 (~1 × 10–3 См/см при 700°C), и впервые показано, что ее величина близка к проводимости Gd2Zr2O7 (~2 × 10–3 См/см при 700°C). Таким образом, гафнат гадолиния может оказаться перспективным материалом для дальнейшего легирования с целью получения высокопроводящих электролитов. Протонная проводимость среди чистых гафнатов РЗЭ достоверно установлена только у Nd2Hf2O7, однако измерения на переменном токе показали низкотемпературную протонную проводимость до 450°С и для Gd2Hf2O7. С уменьшением ионного радиуса лантаноида возрастает кислород-ионная проводимость в ряду Ln2Hf2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd). Хотя проводимость гафната самария на порядок ниже, чем у Gd2Hf2O7, он обладает широким диапазоном кислород-ионной проводимости (~10–18–1 атм при 700, 800°C), а вклад дырочной проводимости на воздухе отсутствует, в отличие от Eu2Hf2O7. Среди твердых растворов Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) протонную проводимость ~8 × 10–5 См/см при 700°C показали Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd). С уменьшением ионного радиуса лантаноида протонная проводимость исчезает, а кислород-ионная возрастает.

AB - В настоящей работе методом механической активации с последующим высокотемпературным синтезом при 1600°С (3–10 ч) синтезирована высокоплотная керамика Ln2Hf2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd) и проведено сравнение ее транспортных свойств с твердыми растворами Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu). Общая проводимость керамики исследована на переменном (метод импеданс-спектроскопии) и постоянном токе, а также для Ln2Hf2O7 (Ln = Sm, Eu) – методом определения общей проводимости в зависимости от парциального давления кислорода. Максимальная кислород-ионная проводимость установлена для Gd2Hf2O7 (~1 × 10–3 См/см при 700°C), и впервые показано, что ее величина близка к проводимости Gd2Zr2O7 (~2 × 10–3 См/см при 700°C). Таким образом, гафнат гадолиния может оказаться перспективным материалом для дальнейшего легирования с целью получения высокопроводящих электролитов. Протонная проводимость среди чистых гафнатов РЗЭ достоверно установлена только у Nd2Hf2O7, однако измерения на переменном токе показали низкотемпературную протонную проводимость до 450°С и для Gd2Hf2O7. С уменьшением ионного радиуса лантаноида возрастает кислород-ионная проводимость в ряду Ln2Hf2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd). Хотя проводимость гафната самария на порядок ниже, чем у Gd2Hf2O7, он обладает широким диапазоном кислород-ионной проводимости (~10–18–1 атм при 700, 800°C), а вклад дырочной проводимости на воздухе отсутствует, в отличие от Eu2Hf2O7. Среди твердых растворов Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd, Sm, Eu) протонную проводимость ~8 × 10–5 См/см при 700°C показали Ln2.1Hf1.9O6.95 (Ln = La, Nd). С уменьшением ионного радиуса лантаноида протонная проводимость исчезает, а кислород-ионная возрастает.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=52259068

U2 - 10.31857/S0424857023060051

DO - 10.31857/S0424857023060051

M3 - Статья

VL - 59

SP - 342

EP - 354

JO - Электрохимия

JF - Электрохимия

SN - 0424-8570

IS - 6

ER -