DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2020.3(75).208388

ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ В СИСТЕМІ CeO2-Yb2O3

O. M. Lavrynenko, O. I. Bykov, Y. M. Bataiev, M. M. Bataiev, O. A. Kornienko

Анотація


Температурна обробка сумішей рідкісноземельних оксидів (РЗО) широко застосовується для створення різних функціональних матеріалів технічного призначення та дає змогу отримати матеріали із наперед заданими властивостями. За допомогою методів рентгенофазового аналізу (РФА) та електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) проведено вивчення процесу структуроутворення при термічній обробці гомогенізованої механохімічним методом подвійної суміші діоксиду церію (5 мол. %) та оксиду ітербію (95 мол %) за температур 120, 1100 та 1500 °С. Встановлено зміну фазового складу і структури кераміки на основі CeO2 і Yb2O3 при збільшені температури та тривалості прожарювання. В гетерогенному складі зразка, отриманого після термообробки за Т = 1500 °С впродовж 50 год, доведено наявність впорядкованої фази типу перовскіту CeYbO3. На спектрах ЕПР продемонстровано вплив температурної обробки зразків у діапазоні від 120 до 1500 °С на інтенсивність, форму та положення спектральних ліній, значення g-фактору. Встановлено, що термообробка суміші призводить до зміни спектральних ЕПР характеристик і властивостей оксидів церію та ітербію. На підставі даних ЕПР проведено інтерпретацію фізичних і хімічних змін складових суміші (оксидів РЗЕ в заданому молярному співвідношенні) при її обробці в зазначеному інтервалі температур. Встановлено, що на утворення впорядкованої фази типу перовскіту впливає не тільки підвищення температури, але і тривалість термічної обробки. Показано, що за всіх режимів термообробки зразка домінуючою є кубічна фаза С-Yb2O3.


Ключові слова


cerium dioxide; ytterbium oxide; mechanosynthesis; REO nanoparticles; solid solutions; perovskite; EPR

Повний текст:

PDF

Посилання


Giese E.C. Rare earth elements: Therapeutic and diagnostic applications in modern medicine 2: 2018. doi: 10.15761/CMR.1000139

He L., Su Y., Lanhong J., Shi S. Recent advances of cerium oxide nanoparticles in synthesis, luminescence and biomedical studies: a review. Journal of Rare Earths, 2015, vol, 33, no 8, pp. 791–799. doi:10.1016/s1002-0721(14)60486-5

Huang Y., Liu J., Deng Y., Qian Y., Jia X., Ma M. Yang C., Liu K., Wang Z., Qu Sh.,Wang Z. The application of perovskite materials in solar water splitting. Journal of Semiconductors, 2020, vol. 41, 011701. doi: 10.1088/1674-4926/41/1/011701.

Vildanova M.F., Nikolskaya A.B., Kozlov S.S., Karyagina O.K., Larina L.L., Shevaleevskiy O.I., Almyasheva O.V., Gusarov V.V. Nanostrukturyi na osnove sistemyi ZrO2Y2O3 dlya perovskitnyih solnechnyih elementov. DAN, 2019, vol. 484, no 6, pp. 712–715. (In Russian)

He J., Sunarso J., Zhu Y., Zhong Y., Miao J., Zhou W., Shao Z. High-performance non-enzymatic perovskite sensor for hydrogen peroxide and glucose electrochemical detection. Sensors and Actuators B: Chemical, 2017, vol. 244, pp. 482-491. doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.012

Zelenko M.A., Nedilko S.A., Dehtiarova K.V. Tokoprovidni oksydni materialy na osnovi 3d-metaliv ta ridkisnozemelnykh elementiv. Fizyka i khimiia tverdoho tila, 2013, vol. 14, no 1, pp. 108-114. (In Ukrainian)

Pena M., Fierro J.L.G. Chemical structures and performances of perovskite oxides. Chem. Rev, 2001, vol. 101, pp. 1981–2017.

Magnone E.A. Systematic Literature Review on BSCF-Based Cathodes for Solid Oxide Fuel Cell Applications. Journal of Fuel Cell Science and Technology, 2010, no 6 (7), pp. 064001-064012.

Mao Y., Zhou H., Wong S. S. Synthesis, Properties, and Applications of Perovskite-Phase Metal Oxide. Nanostructures Material Matters, 2010, vol. 5.2, 50.

Ito K., Tezuka K., Hinatsu Y. Preparetion, Magnetic Susceptibility, and Specific Heat on Interlathanide Perovskites ABO3 (A =La-Nd, B = Dy – Lu). Journal of Solid State Chemistry, 2001, vol. 157, pp. 173-179.

Małecka Małgorzata A., Burkhardt U., Kaczorowski D., Schmidt Marcus P., Goran D., Kepin´ski L. Structure and phase stability of nanocrystalline Ce1−xLnxO2−x/2−δ(Ln = Yb, Lu) in oxidizing and reducing atmosphere. Journal of Nanoparticle Research, 2009, vol. 11, pp. 2113 – 2124.

Andrievskaya E.R, Kornienko O.A., Sameljuk A.V., Bykov A.I. Interaction of ceria and ytterbia in air within temperature range 1500–600° C. Journal of the European Ceramic Society, 2019, vol. 39, Is. 9, pp. 2930-2935 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.021

Farle M. Ferromagnetic resonance of ultrathin metallic layers. Reports on Progress in Physics, 1998, vol. 61, Is. 7, pp. 755-826. doi: 10.1088/0034-4885/61/7/001

Spektrometer EPR SE/X 2547, Manual, Radiopan (2016).

Korniienko O. A. Vzaiemodiia oksydiv tseriiu ta iterbiiu pry 1100 °S. Visnyk Dnipropetrovskoho universytetu. Seriia Khimiia, 2016, vol. 24, no 2, pp. 94–101. doi: 10.15421/081613 (In Ukrainian)

Sun C., Xue D. Size-dependent oxygen storage ability of nano-sized ceria. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, vol. 15, no.3-4, pp. 14414-14419.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Giese E.C. Rare earth elements: Therapeutic and diagnostic applications in modern medicine 2: 2018. doi: 10.15761/CMR.1000139

2. He L., Su, Y., Lanhong, J., Shi, S. Recent advances of cerium oxide nanoparticles in synthesis, luminescence and biomedical studies: a review. // Journal of Rare Earths. – 2015. – Vol. 33, No 8. – P. 791–799. doi:10.1016/s1002-0721(14)60486-5 

3. Huang Y., Liu J., Deng Y., Qian Y., Jia X., Ma M. Yang C., Liu K., Wang Z., Qu Sh.,Wang Z. The application of perovskite materials in solar water splitting // Journal of Semiconductors – 2020. – Vol. 41 – 011701. doi: 10.1088/1674-4926/41/1/011701,

4. Вильданова М.Ф., Никольская А.Б., Козлов С.С., Карягина О.К., Ларина Л.Л., Шевалеевский О.И., Альмяшева О.В., Гусаров В.В. Наноструктуры на основе системы ZrO2–Y2O3 для перовскитных солнечных элементов // ДАН. –  2019. – Т. 484, № 6. –  С. 712–715.

5. He J., Sunarso J., Zhu Y., Zhong Y., Miao J., Zhou W., Shao Z. High-performance non-enzymatic perovskite sensor for hydrogen peroxide and glucose electrochemical detection // Sensors and Actuators B: Chemical – 2017. – Vol. 244. – P. 482-491. doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.012

6. Зеленько М.А., Неділько С.А., Дегтярьова К.В. Токопровідні оксидні матеріали на основі 3d-металів та рідкісноземельних елементів // Фізика і хімія твердого тіла. – 2013. – Т. 14, № 1. – С. 108-114.

7. Pena M., Fierro J.L.G. Chemical structures and performances of perovskite oxides // Chem. Rev. – 2001. – Vol. 101. – Р. 1981–2017.

8. Magnone E.A. Systematic Literature Review on BSCF-Based Cathodes for Solid Oxide Fuel Cell Applications // Journal of Fuel Cell Science and Technology. – 2010. – № 6 (7). – 064001-064012

9. Mao Y., Zhou H., Wong S. S. Synthesis, Properties, and Applications of Perovskite-Phase Metal Oxide // Nanostructures Material Matters – 2010. – Vol. 5.2, 50.

10. Ito K., Tezuka K., Hinatsu Y. Preparetion, Magnetic Susceptibility, and Specific Heat on Interlathanide Perovskites ABO3 (A =La-Nd, B = Dy – Lu) // Journal of Solid State Chemistry – 2001. – Vol. 157. – P. 173-179.

11. Małecka Małgorzata A., Burkhardt U., Kaczorowski D., Schmidt Marcus P., Goran D., Kepin´ski L. Structure and phase stability of nanocrystalline Ce1−xLnxO2−x/2−δ(Ln = Yb, Lu) in oxidizing and reducing atmosphere // Journal of Nanoparticle Research – 2009. – Vol. 11. – Р. 2113 – 2124.

12. Andrievskaya E.R, Kornienko O.A., Sameljuk A.V., Bykov A.I. Interaction of ceria and ytterbia in air within temperature range 1500–600° C // Journal of the European Ceramic Society. – 2019. – Vol. 39, Is. 9. – P. 2930-2935 https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.021

13. Farle M. Ferromagnetic resonance of ultrathin metallic layers // Reports on Progress in Physics. – 1998. – Vol. 61, Is. 7. – P. 755-826. DOI: 10.1088/0034-4885/61/7/001

14. Spektrometer EPR SE/X 2547, Manual, Radiopan (2016).

15. Корнієнко О. А. Взаємодія оксидів церію та ітербію при 1100 °С // Вісник Дніпропетровського університету. Серія Хімія – 2016. – Т. 24, № 2. – С. 94–101. doi: 10.15421/081613

16. Sun C., Xue D. Size-dependent oxygen storage ability of nano-sized ceria // Physical Chemistry Chemical Physics – 2013. – Vol. 15, No.3-4. – P. 14414-14419





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.