Modyfikacja BaYMn₂O_5+δ w aspekcie rozwoju technologii magazynowania tlenu w tlenkach perowskitowych

• Autorzy: Klimowicz A. , Zheng K. , Fiołka G. , Świerczek K.

Warianty tytułu

EN

Modification of BaYMn₂O5_5+δ perovskite in an aspect of development of oxygen storage technology in perovskite oxides

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Niniejsza praca prezentuje metodę modyfikacji właściwości związanych z magazynowaniem tlenu w układzie BaYMn₂O₅- BaYMn₂O6 poprzez chemiczne podstawienie itru gadolinem. Praca zawiera charakterystykę właściwości strukturalnych oraz wyniki pomiarów odwracalnej pojemności magazynowania tlenu dla perowskitów z uporządkowaną podsiecią kationową A, należących do grupy BaY_1-xGd_xMn2O_5+δ (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75 oraz 1.0). Pomiary rentgenowskie potwierdziły tworzenie roztworów stałych, a materiały zawierające gadolin wykazują strukturę z warstwowym uporządkowaniem podsieci Ba-Y_1-xGdx. Większe kationy Gd³⁺ powodują wzrost objętości komórki elementarnej zarówno dla materiałów zredukowanych BaY_1-xGd_xMn₂O₅, jak i dla utlenionych BaY_1-xGd_xMn₂O₆. Oprócz zmian strukturalnych, gadolin powoduje też zmianę właściwości związanych z magazynowaniem tlenu. Ich poprawa polega głównie na znaczącym przyspieszeniu szybkości redukcji oraz na obniżeniu temperatury charakterystycznej utleniania, jednakże, ze względu na większą masę molową, materiały zawierające gadolin wykazują obniżoną odwracalną pojemność magazynowania tlenu. Przedstawione w pracy wyniki wskazują, że chemiczna modyfikacja BaYMn₂O_5+˂ umożliwia otrzymanie materiałów o polepszonych właściwościach, co może w przyszłości doprowadzić do zasadniczego postępu w rozwoju technologii magazynowania tlenu w tlenkach o strukturze perowskitu.

EN

This work presents an approach to modification of oxygen storage properties of BaYMn₂O₅- BaYMn₂O6 system by a chemical substitution of yttrium by gadolinium. Characterization of structural properties and results of measurements of reversible oxygen storage capacity of A-site cation ordered perovskites, belonging to BaY_1-xGd_xMn2O_5+δ (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) family are presented. Formation of solid solutions was confirmed by x-ray measurements, with Gd-containing compounds exhibiting structure with layered arrangement of Ba-Y_1-xGd_x sub-lattice. Larger Gd³⁺ cations cause an increase of unit cell volume of reduced BaY_1-xGd_xMn₂O₅, as well as oxidized BaY_1-xGd_xMn₂O₆. Apart from structural modification, gadolinium significantly changes oxygen storage properties of the compounds. The major improvement is related to a significantly faster reduction rate, as well as to a lower characteristic temperature of oxidation, however, due to a higher molar mass, Gd-containing materials exhibit reduced reversible oxygen storage capacity. The presented results indicate that chemical modification of BaYMn₂O5_5+δ allows to obtain materials with enhanced properties, which may lead to a significant progress of oxygen storage technology in perovskite oxides in the future.

Słowa kluczowe

PL

materiały do magazynowania tlenu; perowskity z uporządkowaną podsiecią kationową; struktura krystaliczna; termograwimetria

EN

oxygen storage materials; cation ordered perovskites; crystal structure; thermogravimetry

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem
• Czasopismo: Chemik
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 67, nr 12
• Strony: 1199--1206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Klimowicz A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej

autor

Zheng K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej

autor

Fiołka G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej

autor

Świerczek K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej

Bibliografia

• 1. Züttel A., Borgschulte A., Schlapbach L. (eds.): Hydrogen as a Future Energy Carrier. WILEY-VCH, 2008.
• 2. Tsinoglou D.N., Koltsakis G.C., Peyton Jones J.C.: Oxygen Storage Modeling in Three-Way Catalytic Converters. Industrial & Engineering Chemistry Research 2002, 41, 1152.
• 3. Sugiura M.: Oxygen storage materials for automotive catalysts: ceria-zirconia solid solutions. Catalysis Surveys from Asia 2003, 7, 77.
• 4. Machida M., Kawamura K., Kawano T., Zhang D., Ikeue K.: Layered Pr-dodecyl sulfate mesophases as precursors of Pr 202S04 having a large oxygen-storage capacity. Journal of Materials Chemistry 2006, 16, 3084.
• 5. MotohashiT., UedaT., Masubuchi Y.,Takiguchi M., SetoyamaT., OshimaK., Kikkawa S.: Remarkable Oxygen Intake/Release ofBaYMn2o5+ Applications of Oxygen Storage Technologies. Chemistry of Materials 2010, 22, 3192.
• 6. King G., Woodward M.: Cation ordering in perovskites. Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 5785.
• 7. Larson A.C., Von Dreele R.B.: Los Alamos Natl. Lab. Rep. - LAUR 86748 2004.
• 8. Toby B.H.: EXPGUI, a graphical user interface for CSAS. Journal of Applied Crystalography 2001, 34, 210.
• 9. Millange E, Suard E., Caignaert V, Raveau B.: YBaMn2Os: Crystal and Magnetic Structure Reinvestigation. Materials Research Bulletin 1999, 34, I.
• 10. Nakajima T., Kegeyama H., Ueda Y.: Successive phase transition in a metal-ordered manganite perovskite YBaMn206. Journal of Physics and Chemistry of Solids 2002, 63,913.
• 11. Karppinen M., Okamoto H., Fjellvåg H., Motohashi T., Yamauchi H.: Oxygen and cation ordered perovskite, Ba2Y2Mn4o11. Journal of Solid State Chemistry 2004, 177,2122.
• 12. Wiliams A.J., Attfield J.R: Ferro-orbital order in the charge- and cation-ordered manganite YBaMn206. Physical Review B 2005, 72, 024436.
• 13. Klimkowicz A., Zheng K., Fiołka G., Świerczek K.: Materiały ceramiczne z grupy perowskitów podwójnych na bazie BaYMn2O5+ δ dla technologii magazynowania tlenu. Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials 2013, praca zaakceptowana do druku.
• 14. Gilleβen M., Lumeij M., George J., Stoffel R., Motohashi T., Kikkawa S., Dronskowski R.: Oxygen-Storage Materials BaYMn2O5+ δ from the Quantum-Chemical Point of View. Chemistry of Materials 2012, 24, 1910.