Effect of isovalent substitution on structure of the two-slab BaNd2-xSmxIn2O7 indates

Ю.О. Тітов; Н.М. Білявина; М.С. Слободяник; О.І. Наконечна; Н.Ю. Струтинська; В.В, Чумак

doi:10.15330/pcss.23.4.801-808

Автор(и)

Ю.О. Тітов Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Н.М. Білявина Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
М.С. Слободяник Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
О.І. Наконечна Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна; Лабораторія досліджень поверхні та технологій покриттів, EMPA – Швейцарська федеральна лабораторія матеріалознавства і технології, Дюбендорф, Швейцарія
Н.Ю. Струтинська Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
В.В, Чумак Житомирський державний університет імені Івана Франка, Житомир, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.801-808

Ключові слова:

сполуки типу An 1BnO3n 1, шарувата перовськітоподібна структура, рентгенівська порошкова дифрактометрія, ізоморфізм, тверді розчини

Анотація

Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлені умови ізовалентного заміщення атомів Nd на атоми Sm в А-позиції двошарової перовськітоподібної структури BaNd₂In₂O₇ по типу BaNd_2-xSm_xIn₂O₇: 0 £ x £ 1,8. Методом Рітвельда визначена тетрагональна (просторова група P4₂/mnm) кристалічна структура фаз BaNd_2-xSm_xIn₂O₇ зі ступенями заміщення атомів Nd рівними 0,5, 1,0, 1,5 і 1,8. Основою кристалічної структури BaNd_2-xSm_xIn₂O₇ є двовимірні (нескінчені в площині XY) перовськітоподібні блоки, які складаються з двох шарів сполучених вершинами деформованих октаедрів InO₆. Атоми Ba локалізовані лише в позиції 4f всередині перовськітоподібного блоку, а атоми РЗЕ лише в позиції 8j на межі перовськітоподібних блоків. Сусідні перовськітоподібні блоки розділені шаром поліедрів LnО₉ та утримуюься разом міжблоковими зв`язками - O - Ln - O - . Встановлено, що ізовалентне заміщення атомів Nd на менші за розміром атоми Sm приводить до зменшення довжини міжблокової відстані Ln – О2 (з 0,230(2) нм до 0,206(2) нм) та до збільшення ступеня деформації міжблокових поліедрів LnО₉, внутрішньоблокових поліедрів ВаО₁₂ та октаедрів InO₆. Такі структурні зміни дестабілізують міжблокову «зшивку» і є одними із основних факторів руйнування шаруватої перовськітоподібної структури фаз BaNd_2-xSm_xIn₂O₇ при х > 1,8. Одержані дані можуть бути використані для цілеспрямованого регулювання структурно залежних властивостей матеріалів на основі індату BaNd₂In₂O₇.

Посилання

P. Ding, W. Li, H. Zhao, C. Wu, L. Zhao, B. Dong, S. Wang, Review on Ruddlesden–Popper Perovskites as Cathode for Solid Oxide Fuel Cells, J. Phys.: Mater., 4(2), 022002 (2021); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7639/abe392/pdf.

S. Kamimura, H. Yamada, Chao-Nan Xu, Strong Reddish-Orange Light Emission from Stress-Activated Srn+1SnnO3n+1:Sm3+ (n = 1, 2, ∞) with perovskite-related structures, Appl. Phys. Lett., 101 (9), 91 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4749807.

I.S. Kim, T. Nakamura, M. Itoh, J. Ceram, Humidity Sensing Effects of the Layered Oxides SrO (LaScO3)n (n=1, 2, ∞), Soc. Jap., 101 (1175), 800 (1993); https://doi.org/10.2109/jcersj.101.800.

S. Kato, M. Ogasawara, M. Sugai, S. Nakata, Synthesis and Pxide Ion Conductivity of New Layered Perovskite La1−xSr1+xInO4−d, Sol. St. Ionics, 149(1-2), 53 (2002); https://doi.org/10.1016/s0167-2738(02)00138-8.

G. Nirala, D. Yadav, S. Upadhyay, Ruddlesden-Popper Phase A2BO4 Oxides: Recent Studies on Structure, Electrical, Dielectric, and Optical Properties, J. Advanced Ceramics, 9(2), 129 (2020); https://doi.org/10.1007/s40145-020-0365-x.

K. Shimizu, S. Itoh, T. Hatamachi, T. Kodama, M. Sato, K. Toda, Photocatalytic Water Splitting on Ni-Intercalated Ruddlesden−Popper Tantalate H2La2/3Ta2O7, Chem. Mater., 17(20), 5161 (2005); https://doi.org/10.1021/cm050982c.

Y.S. Zhen, J.B. Goodenough, Oxygen-Ion conductivity in Ba8In6O17, Mater. Res. Bull., 25(6), 785 (1990); https://doi.org/10.1016/0025-5408(90)90207-I.

R.E. Schaak, T.E. Mallouk, Perovskites by Design: A Toolbox of Solid-State Reactions, Chem. Mater., 14(4), 1455 (2002); https://doi.org/10.1021/cm010689m.

Y.A. Titov, N.M. Belyavina, M.S. Slobodyanik, V.V. Chumak, O.I. Nakonechna, Synthesis and Crystal Structure of Isovalently Substituted Slab SrLa2-xDyxSc2O7 Scandates, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (6), 228 (2019); https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-127-6-228-235.

Y.A. Titov, N.N. Belyavina, M.S. Slobodyanik, V.V, Chumak, O.I. Nakonechna, Features of the SrLa2Sc2-xInxO7 Two-Slab Structure, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, (2), 118 (2020); (http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2020-129-2-118-124).

Y. Titov, N. Belyavina, M. Slobodyanik, O. Nakonechna, N. Strutynska, M. Tymoshenko, Open Chemistry, Effect of Isovalent Substitution on the Crystal Structure and Properties of Two-Slab Indates BaLa2−xSmxIn2O7 18(1), 1294 (2020); https://doi.org/10.1515/chem-2020-0090.

Y.A. Titov, V.V, Chumak, M.V. Tymoshenko, Synthesis and Crystal Structure of Two-Slab Scandates BaLa2–xDyxSc2O7, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (3), 68 (2022); https://doi.org/10.15407/dopovidi2022.03.068.

Y.A. Titov, N.N. Belyavina, M.S. Slobodyanik, V.V, Chumak, Crystal Structure of Isovalent Substituted Layered Indates Ba1−xSrxLa2In2O7, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (6), 95 (2016); (https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.06.095).

Y.A. Titov, N.N. Belyavina, M.S. Slobodyanik, О.І. Nakonechna, N.Yu. Strutynska, Synthesis and Crystal Structure of Two-Slab Ba1-хSrxNd2In2O7 indates, Physics and Chemistry of Solid State, 23(2), 375 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.375-379.

Y.A. Titov, N.M. Belyavina, V.Y. Markiv, M.S. Slobodyanik, Y.A. Kraevska, V.P. Yaschuk, Synthesis and Crystal Structure of BaLn2In2O7, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (1), 148 (2010); http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19268.

M. Caldes, C. Michel, T. Rouillon, M. Hervieu, B. Raveau, Novel Indates Ln2BaIn2O7, n = 2 Members of the Ruddlesden-Popper Family (Ln = La, Nd), J. Mater. Chem. 12(3), 473 (2002); https://doi.org/10.1039/B108987K.

M. Dashevskyi, O. Boshko, O. Nakonechna, N. Belyavina, Phase Transformations in Equiatomic Y–Cu Powder Mixture at Mechanical Milling, Mettalofizika Noveishie Tekhnologii, 39(4), 541 (2017); https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.0541.

S.K. Kurtz, T.T. Perry, A Powder Technique for the Evaluation of Nonlinear Optical Materials, J. Appl. Phys. 39(8), 3798 (1968); https://doi.org/10.1063/1.1656857.

S.K. Kurtz, J.P. Dougherty, Methods for the detection of noncen-trosymmetry in solids. In: Systematic Matersals Analysis, V. IV, chapter, 38 p. 269—342 (Academic Press, New York, 1978); https://doi.org/10.1016/B978-0-12-587804-3.50017-0.

R.D. Shannon, Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides, Acta Crystallographica A, 32, 751 (1976); https://doi.org/10.1107/S0567739476001551.

I.D. Brown, D. Altermatt, Bond-Valence Parameters Obtained from a Systematic Analysis of the Inorganic Crystal Structure Database, Acta Crystallographica B, 41(4), 244 (1985); https://doi.org/10.1107/S0108768185002063.