Термическая стабильность и электрофизические свойства оксидных вольфрамовых бронз, полученных электролизом расплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Оксидные вольфрамовые бронзы (ОВБ) кубической, тетрагональной и гексагональной структуры электроосаждали из поливольфраматных расплавов 0.8Na2WO4–0.2WO3, 0.25Na2WO4–0.25K2WO4–0.5WO3 и 0.1K2WO4–0.55Li2WO4–0.35WO3 соответственно в гальваностатических условиях (катодная плотность тока 25 мА⋅см–2, длительность электролиза 20 мин) при 973 K. Синтезированные порошки ОВБ исследовали методами рентгеноструктурного анализа, лазерной дифракции и сканирующей электронной микроскопии с микрорентгеноспектральным анализом. Для определения верхней границы диапазона термической стабильности изучали фазовый состав порошков ОВБ со средним размером частиц 40–50 мкм после изотермической выдержки при 373–1173 K в течение 2 ч в атмосфере воздуха или аргона. Порошки ОВБ тетрагональной структуры дополнительно исследовали методом синхронного термического анализа. Электросопротивление спрессованных при 473 K образцов измеряли на воздухе на постоянном и переменном токе. Установлено, что наиболее стабильными являются ОВБ гексагональной структуры, изоструктурные K0.3WO3, фазовый состав которых не меняется до 773 K при термообработке на воздухе и остается постоянным во всем изученном диапазоне температур в инертной атмосфере. Порошки ОВБ тетрагональной структуры, изоструктурные K0.475WO3 и Na0.28WO3, стабильны до 1073 K в атмосфере аргона и частично окисляются на воздухе выше 673 K с образованием ОВБ с более низким содержанием щелочного металла, WO3 и Na2W2O7. Фазовый состав ОВБ кубической структуры, изоструктурных Na0.74WO3, стабилен до 673 K на воздухе и до 873 K в аргоне. Исследования электропроводности всех образцов свидетельствуют о смешанной ионно-электронной проводимости с преобладанием электронной составляющей. Значения удельной электропроводности при 298–573 K для образцов ОВБ тетрагональной, кубической и гексагональной структуры варьируются в пределах 0.035–0.051, 0.012–0.030 и 0.005–0.019 (Ом⋅см)–1 соответственно.

Об авторах

О. Л. Семерикова

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: o.semerikova@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

А. В. Косов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: o.semerikova@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

О. В. Гришенкова

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: o.semerikova@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

М. С. Щелканова

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Email: o.semerikova@ihte.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Калиев К.А., Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация оксидных бронз переходных металлов из расплавленных солей. В кн.: Оксидные бронзы: сб. науч. тр.; ред. В.И. Спицын. М. Наука, 1982. C. 137–175.
  2. Вакарин С.В. Ориентированный рост вольфрамовых бронз при электролизе расплавов. Екатеринбург: Ур О РАН, 2005. 108 с.
  3. Labbe Ph. Tungsten oxides, tungsten bronzes and tungsten bronze-type structures // Key Eng. Mater. 1992. 68. P. 293–339.
  4. Zheng Z., Yan B., Zhang J., You Y., Lim C. T., Shen Z., Yu T. Potassium Tungsten Bronze Nanowires: Polarized MicroRaman Scattering of Individual Nanowires and Electron Field Emission from Nanowire Films // Adv. Mater. 2008. 20. P. 352–356.
  5. Vemuri R.S., Carbjal Franco G., Ferrer D.A., Engelhard M.H., Ramana C.V. Physical properties and surface/interface analysis of nanocrystalline WO3 films grown under variable oxygen gas flow rates // Appl. Surf. Sci. 2012. 259. P. 172–177.
  6. Semerikova O.L., Vakarin S.V., Kosov A.V., Plaksin S.V., Pankratov A.A., Grishenkova O.V., Zaykov Yu.P., Shishmakov A.B., Mikushina Yu.V., Petrov L.А. Electrochemical Synthesis of Nanohybrid Systems Based on Copper and the Oxide Tungsten Bronzes // J. Electrochem. Soc. 2019. 166. P. D792–D797.
  7. Kosov A.V., Semerikova O.L., Vakarin S.V., Pankratov A.A., Plaksin S.V., Zaykov Yu.P. Electrochemical synthesis of tetragonal oxide tungsten bronze nanofilms on platinum // Russ. Metall. 2017. 2017. P. 152–157.
  8. Kosov A.V., Semerikova O.L., Vakarin S.V., Zaykova Yu.P. Elektrokhimicheskoye povedeniye sistemy nikel'/oksidnaya vol'framovaya bronza pri tsiklicheskoy razvertke potentsiala // Rasplavy. 2019. № 4. P. 350–359.
  9. Dickens P.G., Whittingham M.S. The tungsten bronzes and related compounds // Q. Rev. Chem. Soc. 1968. 22. P. 30–44.
  10. Saito M., Kishi T., Nagai T. Electrochemical Characteristics of Semiconducting NaxWO3 // Denki Kagaku oyobi Kogyo Butsuri Kagaku. 1977. 45. P. 149–153 [In Japanese].
  11. El-Sayed A.M., Mousa S.M.A. Some properties of sodium tungsten bronzes as a function of sodium concentration // Ind. J. Chem. Technol. 2005. 12. P. 304–308.
  12. Lekshmi I.C., Hegde M.S. Synthesis and electrical properties of cubic NaxWO3 thin films across the metal–insulator transition // Mater. Res. Bull. 2005. 40. P. 1443–1450.
  13. Goodenough J.B. Metallic oxides // Progress in Solid State Chemistry. 1971. 5. P. 145–399.
  14. Tegg L., Haberfehlner G., Kothleitner G., Kisi E., Keast V.J. Crystal structures, electrical properties, and electron energy-loss spectroscopy of the sodium and potassium tetragonal tungsten bronzes // J. Alloys Compd. 2021. 868. P. 159200.
  15. Гарифьянов Н.Н., Марамзин В.Ю., Халиуллин Г.Г., Гарифуллин И.А. Исследование электронных свойств натрий-вольфрамовых бронз // ЖЭТФ. 1995. 107. С. 556–567.
  16. Chen R., Gao C., Bu K., Hao X., Wang Z., Wen L., Guo J., Chao M., Liang E., Yang L., Dong C. Charge Density Wave and Crystal Structure of KxWO3 (x = 0.20 and 0.22) Prepared by Hybrid Microwave Method // Low Temp. Phys. 2017. 188. P. 1–10.
  17. Sano K., Nitta Y., Ōno Y. Transition Temperature of Superconductivity in Sodium Tungsten Bronze - Theoretical Study Based on First-principles Calculations // J. Phys. Soc. Jpn. 2020. 89. P. 113704.
  18. Lawrence S., Stevenson S., Mavadia K., Sermon P. Solid-State Properties of Some Polycrystalline Alkali-Metal Tungsten Bronzes // Proc. Royal Soc. London. Ser. A: Math. Phys. Sci. 1987. 411. P. 95–121.
  19. Букун Н.Г., Леонова Л.С. Ионный обмен на границе металл-оксидные бронзы/твердый электролит // ISJAEE. 2009. № 8. С. 38–50.
  20. Espinosa-Angeles J.C., Quarez E., Mvele Eyé’a L.-B., Douard C., Iadecola A., Shao H., Taberna P.-L., Simon P., Crosnier O., Brousse T. Charge Storage Mechanism of LixWO3 Hexagonal Tungsten Bronze in Aqueous Electrolytes // Batteries 2023. 9. P. 136.
  21. Azimirad R., Goudarzi M., Akhavan O., Moshfegh A.Z. The effect of heating time on growth of NaxWO3 nanowhiskers // Vacuum. 2008. 82. P. 821–826.
  22. Павлова С.С. Синтез и свойства высокодисперсных порошков оксидных бронз Ti, Mo, W и материалов на их основе. Дисс. … канд. техн. наук. Ханты-Мансийск, 2019. 146 c.
  23. Бикбердина Н.Я., Бороненко М.П., Гуляев П.Ю., Юнусов Р.Д. Электрофизические свойства оксидной бронзы NaxWO3 // Вестник Югорского гос. ун-та. 2017. 46. № 3. С. 7–11.
  24. Дробашева Т.И., Расторопов С.Б. Электрофизические свойства порошков многощелочных оксидных бронз вольфрама // Инж. вестник Дона. 2016. № 2.
  25. Дробашева Т.И., Расторопов С.Б. Термостойкость кислородных щелочных вольфрамовых и молибденовых бронз // Инж. вестник Дона. 2013. № 1
  26. Shchelkanova M.S., Shekhtman G.Sh., Pershina S.V., Pankratov A.A., Khodimchuk A.V., Pryakhina V.I. The study of sodium-vanadium oxide NaV3O8 as an electrode material for all-solid-state sodium-ion batteries // J. Alloys Compd. 2021. 864. P. 158516.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024