Ion-Exchange Reaction Of A-Site In A2Ta2O6 Pyrochlore Crystal Structure

• Autorzy: Matsunami M. , Hashizume T. , Saiki A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0234

Warianty tytułu

PL

Reakcja wymiany jonowej w podsieci a w strukturze krystalicznej pirochloru A2Ta2O6

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Na⁺ or K⁺ ion rechargeable battery is started to garner attention recently in Place of Li+ ion cell. It is important that A+ site ion can move in and out the positive-electrode materials. When K₂Ta₂O₆ powder had a pyrochlore structure was only dipped into NaOH aqueous solution at room temperature, Na₂Ta₂O₆ was obtained. K₂Ta₂O₆ was fabricated from a tantalum sheet by a hydrothermal synthesize with KOH aqueous solution. When Na₂Ta₂O₆ was dipped into KOH aqueous solution, K₂Ta₂O₆ was obtained again. If KTaO₃ had a perovskite structure was dipped, Ion-exchange was not observed by XRD. Because a lattice constant of pyrochlore structure of K-Ta-O system is bigger than perovskite, K⁺ or Na⁺ ion could shinny through and exchange between Ta⁵⁺ and O²⁻ ion site in a pyrochlore structure. K⁺ or Na⁺ ion exchange of A₂Ta₂O₆ pyrochlore had reversibility. Therefore, A₂Ta₂O₆ had a pyrochlore structure can be expected such as Na+ ion rechargeable battery element.

PL

Akumulatory w którym jako nośniki ładunku wykorzystywane są jony Na⁺ lub K⁺ budzą coraz większe zainteresowanie jako alternatywa dla ogniw litowo-jonowych. Należy podkreślić, że kationy w podsieci A+ potrafią się przemieszczać z- i do dodatnio naładowanych materiałów elektrodowych. Gdy proszek K₂Ta₂O₆ posiadający strukturę pirochloru zanurzono w roztworze wodnym NaOH w temperaturze pokojowej, otrzymano Na₂Ta₂O₆. K₂Ta₂O₆ otrzymano poprzez obróbkę arkuszu tantalu metodą hydrotermalną wykorzystując roztwór wodny KOH. Gdy zanurzono Na₂Ta₂O₆ w wodnym roztworze KOH, otrzymano z powrotem K₂Ta₂O₆. Natomiast, gdy zanurzono KTaO₃ o strukturze perowskitu, nie obserwowano wymiany jonowej. Dlatego, że stała sieciowa w strukturze pirochloru układu K-Ta-O jest większa niż w przypadku perowskitu, jony K⁺ lub Na⁺ mogą się poruszać i wymieniać w podsieci Ta⁵⁺ i O²⁻ w pirochlorze. Wymiana jonów K⁺ lub Na⁺ w pirochlorze A₂Ta₂O₆ jest odwracalna. Z tego powodu można się spodziewać, że związek A₂Ta₂O₆ o strukturze pirochloru może znaleźć potencjalne zastosowanie jako element akumulatora pracującego z jonami Na⁺.

Słowa kluczowe

EN

K2Ta2O6; Na2Ta2O6; ion-exchange; pyrochlore structure; perovskite structure

PL

K2Ta2O6; Na2Ta2O6; wymiana jonowa; struktura pirochloru; struktura perowskitu

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 941--944
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Matsunami M.

• Graduate School of Science and Engineering for Education, University of Toyama

autor

Hashizume T.

• Graduate School of Science and Engineering for Research, University of Toyama

autor

Saiki A.

• Graduate School of Science and Engineering for Research, University of Toyama

Bibliografia

• [1] Weixin Song, Xiaobo Ji, Zhengping Wu, Yingchang Yang, Zhou Zhou, Fangqian Li, Qiyuan Chen, Craig E. Banks, Exploration of ion migration mechanism and diffusion capability for Na3V2(PO4)2F3 cathode utilized in rechargeable sodium-ion batteries, Journal of Power Sources 256, 258-263 (2014).
• [2] J.W. Liu, G. Chen, Z.H. Li, Z.G. Zhang, Hydrothermal synthesis and photocatalytic properties of ATaO3 and ANbO3 (A=Na and K), Journal of Power Sources 32, 2269-2272 (2007).
• [3] Donghan Kim, Eungje Lee, Michael Slater, Wenquan Lu, Shawn Rood, Christopher S. Johnson, Layered Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2 cathodes for Na-ion battery application, Electrochemistry Communications 18, 66-69 (2012).
• [4] Damien Monti, Erlendur Jónsson, M. Rosa Palacín, Patrik Johansson, Ionic liquid based electrolytes for sodium-ion batteries: Na+ salvation and ionic conductivity, Journal of Power Sources 245, 630-636 (2014).
• [5] J.W. Liu, G. Chen, Z.H. Li, Z.G. Zhang, Hydrothermal synthesis and photocatalytic properties of ATaO3 and ANbO3(A=Na and K), International Journal of Hydrogen Energy 32, 2269-2272 (2007).
• [6] Matthew Mann, Summer Jackson, Joseph Kolis, Hydrothermal crystal growth of the potassium niobate and potassium tantalate family of crystals, Journal of Solid State Chemistry 183, 2675-2680 (2010).
• [7] Koji Kajiyoshi, Kazumichi Yanagisawa, Masahiro Yoshimurak, Hydrothermal and electrochemical growth of complex oxide thin films for electronic devices, Journal of the European Ceramic Society 26, 605-611 (2006).
• [8] Shigeru Ikeda, Minori Fubuki, Yoshiko K. Takahara, Michio Matsumura, Photocatalytic activity of hydrothermally synthesized tantalite pyrochlores for overall water splitting, Applied Catalysis A: General 300, 186-190 (2006).
• [9] Gregory K.L. Goh, Sossina M. Haile, Carlos G. Levi, Fred F. Lange, Hydrothermal synthesis of perovskite and pyrochlore powders of potassium tantalite, J. Mater. Res. 17, 12 (2002).
• [10] Tatsumi Ishihara, Nam Seok Baik, Naoko Ono, Hiroyasu Nishiguchi, Yusaku Takita, Effects of crystal structure on photolysis of H2O on K-Ta mixed oxide, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 167, 149-157 (2004).
• [11] Kevin S. Knight, Brendan J. Kennedy, Phase coexistence in NaTaO3 at room temperature; a high resolution neutron powder diffraction study, Solid State Sciences 43, 15-21 (2015).
• [12] Yoshio Waseda, Eiichiro Matsubara, Uchida Rokakuho co., Ltd., X-ray structure analysis-Determine the arrangements of atoms, Japan 1998.
• [13] Kento Sakuma, Sea sentence Temple publication co., Ltd., Ceramic materials, Japan 2007.
• [14] Manabu Seo, Mitsuo Abe, Takashi Suzuki, Kodansha, Ion Exchange-Advanced separation technology Foundation, Japan 1991.
• [15] Kazuyuki Hirao, Katsuhisa Tanaka, Atsushi Nakahira, Kinokuniya co., Ltd., Inorganic chemistry-the modern approach, Japan 2002.
• [16] Tomomi Sawai, Fabrication of multi-layered film of K(Na)-Ta-O thin film, Graduation thesis, University of Toyama, Toyama, Japan (2008).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.