Effect of scandium atoms substitution on the two-slab structure of scandate BaGd2Sc2O7

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

doi:10.15330/pcss.24.4.742-747

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 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.24.4.742-747

Ключові слова:

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

Анотація

Методом рентгенівської порошкової дифракції визначена тетрагональна (просторова група P4₂/mnm (№ 136)) кристалічна структура ізовалентнозаміщеної фази BaGd₂Sc_2-хIn_хO₇ з х = 0,5. Кристалічна структура BaGd₂Sc_1,5In_0,5O₇ складається з двовимірних перовськітоподібних блоків товщиною в два шари зв’язаних вершинами октаедрів (Sc,In)O₆. Між блоками розташований шар поліедрів GdО₉. Безпосередні зв’язки (Sc,In) – O – (Sc,In) між октаедрами суміжних блоків відсутні. Вони „зшиті” між собою за допомогою – O – Gd – O – зв’язків. Атоми Ва впорядковано розміщені лише в кубооктаедричних пустотах перовськітоподібного блоку, а їх координаційне число дорівнює 12. Аналіз кристалохімічних характеристик BaGd₂Sc₂O₇ та BaGd₂Sc_1,5In_0,5O₇ показав, що при ізовалентному заміщенні атомів Sc на більші атоми In в шаруватій перовськітоподібній структурі відбувається збільшення ступенів деформації октаедрів (Sc,In)O₆, міжблокових поліедрів GdO₉, середньої довжини зв’язку (Sc,In) – О та зменшення ступеня деформації кубооктаедрів ВаО₁₂. Такі зміни призводять до дестабілізації шаруватої перовськітоподібної структури і обумовлюють обмеженість області твердих розчинів BaGd₂Sc_2-хIn_хO₇ та відсутність сполуки BaGd₂In₂O₇.

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://doi.org/10.1088/2515-7639/abe392.

H. Xiao, P. Liu, W. Wang, R. Ran, W. Zhou, Z. Shao, Ruddlesden–Popper Perovskite Oxides for Photocatalysis-Based Water Splitting and Wastewater Treatment, Energy & Fuels, 34(8), 9208 (2020); https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02301.

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.

S. Kamimura, 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.

G.Nirala, D. Iadav, 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.

P.D. Battle, J.C. Burley, D.J. Gallon, C.P. Grey, J. Sloan, Magnetism and Structural Chemistry of the n=2 Ruddlesden–Popper Phase La3LiMnO7, J. Sol. St. Chem., 177(1), 119 (2004); https://doi.org/10.1016/S0022-4596(03)00333-5.

K. Fujii; Y. Esaki, K. Omoto, M. Yashima, A. Hoshikawa, T. Ishigaki, J.R. Hester, New Perovskite-Related Structure Family of Oxide-Ion Conducting Materials NdBaInO4, Chem. Mater., 26(8), 2488 (2014); https://doi.org/10.1021/cm500776x.

S. Kato, M. Ogasawara, M. Sugai, S. Nakata, Synthesis and Oxide Ion Conductivity of New Layered Perovskite La1-xSr1+xInO4-d, Solid State Ionics, 149(1–2), 53 (2002); https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00138-8.

Y.S. Zhen, J.B. Goodenough, Oxygen – Ion conductivity in Ba8In6O17, Mat. Res. Bull., 25(6), 785 (1990).

I. S. Kim, T. Nakamura, M. Itoh, Humidity Sensing Effects of the Layered Oxides SrO·(LaScO3)n (n = 1,2, ∞), J. Ceram. Soc. Jap., 101(7), 779 (1993).

X. Yang, S. Liu, F. Lu, J. Xu, X. Kuang, Acceptor Doping and Oxygen Vacancy Migration in Layered Perovskite NdBaInO4-Based Mixed Conductors, J. Phys. Chem., 120(12), 6416 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b00700.

Y.O. Titov, N.N. Belyavina, M.S. Slobodyanik, V.V. Chumak, Changes of the Slab Structure Constitution of Scandate SrLaScO4 at the Isovalent Substitution of Strontium Atoms, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (7), 59 (2019); https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.059.

Y.O. Titov, M.S. Slobodyanik, N.Y. Strutynska, V.V. Chumak, Synthesis and Crystal Structure of Slab Perovskites SrLa1-xGdxScO4, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (2), 75 (2022); https://doi.org/10.15407/dopovidi2022.02.075.

Y. Titov, N. Belyavina, M. Slobodyanik, O. Nakonechna, N. Strutynska, Effect of Strontium Atoms Substitution on the Features of Two-Slab Structure of Sr1-xCaxLa2Sc2O7 Scandates, French-Ukrainian Journal of Chemistry, 9(1), 44 (2021); https://doi.org/10.17721/fujcV9I1P44-50.

Y.O. 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.O. 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.O. 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.O. Titov, N.N. Belyavina, V.Ya.Markiv, M.S. Slobodyanik, Ya.A.Krayevska, V.P.Yaschuk, V.V, Chumak, Synthesis and Crystal Structure of BaLn2Sc2O7, Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (5), 172 (2009);

Y.O. Titov, M.S. Slobodyanik, V.V.Polybinskii, Isovalent Substitution of Scandium Atoms in Two-Layer Scandates of Ruddlesden - Popper AIILn2Sc2O7 (AII = Ba, Sr), Ukrainian Chemistry Journal, 80(2), 75 (2014);

M. Dashevskyi, O. Boshko, O. Nakonechna, N. Belyavina, Phase Transformations in Equiatomic Y–Cu Powder Mixture at Mechanical Milling, Mettalofiz. Noveishie Tekhnol., 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.

R.D. Shannon, Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides, Acta Crystallographica, A32, 751 (1976); https://doi.org/10.1107/S0567739476001551.

Brown, D. Altermatt, Bond-Valence Parameters Obtained from a Systematic Analysis of the Inorganic Crystal Structure Database, Acta Crystallographica, B41(4), 244 (1985); https://doi.org/10.1107/S0108768185002063.