Ionic (O2– and H+) Transport in Oxygen-Deficient Perovskites La2Me+3ZnO5.5

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper is devoted to the study of the conduction mechanism in perovskite phases with composition La2Me+3ZnO5.5 (Me+3 = Al3+, Sc3+, In3+). The phases were synthesized by a standard ceramic technique in the 700–1300°C temperature range. The structure of the La2InZnO5.5 and La2ScZnO5.5 samples is orthorhombic, while the La2AlZnO5.5 sample crystallizes in the cubic symmetry. The electrical conductivity of La2Me+3ZnO5.5 (Me+3 = Al3+, Sc3+, In3+) samples is studied as a function of temperature (200–900°C), oxygen partial pressure pO2, and humidity pH2O. The complex oxides are found to have a mixed type of conduction in air, the electronic contribution (the p-type conduction) increases with increasing temperature. The phases exhibit the dominant oxygen-ion transport at temperatures below 500°C. In wet atmosphere, Sc3+- and In3+-containing samples are capable of incorporating water from gas phase and forming proton defects. No significant proton transport in the La2AlZnO5.5 sample is realized. The partial conductivities σH+, σO2−, σh in a wide range of temperatures and рО2 are discussed.

About the authors

A. V. Egorova

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Science; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Eltsin

Email: OAV-hn@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia; Yekaterinburg, Russia

K. G. Belova

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Science; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Eltsin

Email: OAV-hn@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia; Yekaterinburg, Russia

N. V. Lakiza

Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Eltsin

Email: OAV-hn@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia

I. E. Animitsa

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Science; Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Eltsin

Author for correspondence.
Email: OAV-hn@yandex.ru
Yekaterinburg, Russia; Yekaterinburg, Russia

References

  1. Schober, T., Protonic conduction in BaIn0.5Sn0.5O2.75, Solid State Ionics, 1998, vol. 109(1–2), p. 1. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(98)00112-X
  2. Murugaraj, P., Kreuer, K., He, T., Schober, T., and Maier, J., High proton conductivity in barium yttrium stannate Ba2YSnO5.5, Solid State Ionics, 1997, vol. 98, p. 1. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(97)00102-1
  3. Tarasova, N.A., Galisheva, A.O., and Animitsa, I.E., Hydration Processes and State of Oxygen-Hydrogen Groups in Fluorine-Substituted Perovskites Based on Ba4In2Zr2O11, Russ. J. Phys. Chem. A, 2019, vol. 93(7), p. 1281. https://doi.org/10.1134/S0036024419070276
  4. Baliteau, S., Mauvy, F., Fourcade, S., and Grenier, J., Investigation on double perovskite Ba4Ca2Ta2O11, Solid State Sci., 2009, vol. 11, p. 1572. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2009.06.023
  5. Sazinas, R., Bernuy-Lopez, C., Einarsrud, M.-A., and Grande T., Effect of CO2 exposure on the chemical stability and mechanical properties of BaZrO3-ceramics, J. Amer. Ceram. Soc., 2016, vol. 99, p. 3685. https://doi.org/10.1111/jace.14395
  6. Kasyanova, A.V., Rudenko, A.O., Lyagaeva, Y.G., and Medvedev, D.A., Lanthanum-Containing Proton-Conducting Electrolytes with Perovskite Structures, Membranes and Membrane Technol., 2021, vol. 3(2), p. 73. https://doi.org/10.1134/S2517751621020050
  7. Okuyama, Y., Kozai, T., Ikeda, S., Matsuka, M., Sakai, T., and Matsumoto, H., Incorporation and conduction of proton in Sr-doped LaMO3 (M = Al, Sc, In, Yb, Y), Electrochim. Acta, 2014, vol. 125, p. 443. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.01.113
  8. Nomura, K., Takeuchi, T., Tanase, S., Kageyama, H., Tanimoto, K., and Miyazaki, Y., Proton conduction in (La0.9Sr0.1)MIIIO3 – δ (MIII = Sc, In, and Lu) perovskites, Solid State Ionics, 2002, vols. 154–155, p. 647. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(02)00512-X
  9. Belova, K., Egorova, A., Pachina, S., and Animitsa, I., Crystal Structure, Electrical Conductivity and Hydration of the Novel Oxygen-Deficient Perovskite La2ScZnO5.5, Doped with MgO and CaO, Appl. Sci. (Switzerland), 2022, vol. 12(3), 1181. https://doi.org/10.3390/app12031181
  10. Egorova, A.V., Belova, K.G., and Animitsa, I.E., New Oxygen-Deficient Perovskite La(Al0.5Zn0.5)O2.75: Synthesis, Structure, and Transport Properties, Russ. J. Phys. Chem. A, 2020, vol. 94(12), p. 2488. https://doi.org/10.1134/S0036024420120092
  11. Egorova, A.V., Morkhova, Y.A., Kabanov, A.A., Belova, K.G., Animitsa, I.E., Blatov, V. A., Pimenov, A.A., and Korona, D.V., Oxygen ionic transport in LaInO3 and LaIn0.5Zn0.5O2.75 perovskites: Theory and experiment, Solid State Ionics, 2021, vol. 372, 115790. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2021.115790
  12. Bakiz, B., Guinneton, F., Arab, M., Benlhachemi, A., Villain, S., Satre, P., and Gavarri, J.-R., Carbonatation and Decarbonatation Kinetics in the La2O3–La2O2CO3 System under CO2 Gas Flows, Advances in Mater. Sci. and Engineering, 2010, vol. 2010, Article ID 360597, 6 p. https://doi.org/10.1155/2010/360597
  13. Lybye, D., Poulsen, F.W., and Mogensen, M., Conductivity of A- and B-site doped LaAlO3, LaGaO3, LaScO3 and LaInO3 perovskites, Solid State Ionics, 2000, vol. 128, p. 91. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00337-9
  14. Benam, M.R., Abdoshahi, N., and Sarmazdeh, M.M., Ab initio study of the effect of pressure on the structural and electronic properties of cubic LaAlO3 by density function theory using GGA, LDA and PBEsol exchange correlation potentials, Physica B, 2014, vol. 446, p. 32. https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.04.006
  15. Van Grotthus, C.J.D., Sur la décomposition de l’eau et des corps qu’elle tient en dissolution à l’aide de l’électricité galvanique, Annali di Chimica, 1806, vol. 58, p. 54.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (147KB)
3.

Download (85KB)
4.

Download (202KB)
5.

Download (110KB)
6.

Download (157KB)
7.

Download (210KB)
8.

Download (77KB)
9.

Download (65KB)
10.

Download (61KB)

Copyright (c) 2023 А.В. Егорова, К.Г. Белова, Н.В. Лакиза, И.Е. Анимица

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».