Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: IV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 22 августа 2016 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Фельцингер Л.С., Черных Г.И., Туркина Е.С. СОСТОЯНИЕ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА В Bi3Nb1-xFexO7-δ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. IV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(1). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/1(4).pdf (дата обращения: 16.05.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

СОСТОЯНИЕ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА В Bi3Nb1-xFexO7-δ

Фельцингер Любовь Сергеевна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Черных Галина Ивановна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Туркина Елизавета Сергеевна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Жук Надежда Алексеевна

научный руководитель,

канд. химических наук, доцент СыктГУ, г. Сыктывкар

На основании результатов исследований магнитной восприимчивости образцов твердых растворов Bi3Nb1-xFexO7-δ установлено, что атомы железа в твердых растворах кубической модификации ниобата висмута находятся в виде мономеров Fe(III) и обменносвязанных димеров Fe(III)-O-Fe(III) с анти- и ферромагнитным типом обмена.

 

Твердые растворы ниобата висмута Bi3NbO7перспективны в качестве материалов для кислородных сенсоров и кислородпроводящих мембран каталитических реакторов[11, 15, 16], фотокатализаторов в УФ – и видимой областях спектра [10, 18].

Ниобат висмута Bi3NbO7 при 800˚С испытывает реконструктивный фазовый переход изкубическойфазы в тетрагональнуюи снова в кубическуюпри 900˚С [1, 13, 9].Кубический ниобат висмута имеет дефектную флюоритоподобную структуру (Fm3m,а = 0.548 нм). Катионы висмута (III) и ниобия (V) распределены в одной системе кристаллографических позиций [8]. Атомы ниобия имеют искаженную октаэдрическую координацию [17,20], связанныекислородными вершинами ниобий-кислородные октаэдры образуют цепочки или блоки [4-6, 12, 15, 17, 19, 20].

В результате исследований магнитных свойств никель-и марганецсодержащих твердых растворов кубического ниобата висмута [2, 9]установлено, что вследствие зарядового дисбаланса и сильного искажения координационного полиэдра парамагнитные атомыв разбавленных растворах преимущественно находятся в окисленном состоянии Ni(III), Mn(IV), Mn(III). Стабилизация структуры в концентрированных растворах осуществляется за счет образования кластеров из парамагнитных атомовNi(III),Mn(IV)иMn(III) с антиферромагнитным типом обмена, реализация которого возможна за счет агрегации ниобий-кислородных октаэдров в структуре.

В представленной работе методом статической магнитной восприичивости исследовано состояние и характер обменных взаимодействий парамагнитных атомов железа в матрице ниобата висмута  Bi3NbO7 кубической модификации.

Твердые растворы Bi3Nb1-xFexO7-δ получены в ограниченном концентрационном интервале x≤0.06. Параметр элементарной ячейки твердых растворовкубической модификации практиченски не изменяется с увеличением содержания атомов железа:а =5.450 (х = 0.06), что связано с изоморфным замещением ионов ниобия (V) близкими по размеру ионами железа [R(Nb(V))к.ч=6=0.064 нм; R(Fe(III))к.ч=6(в.с)=0.0645 нм] [14].

На основании измерений магнитной восприимчивости твердых растворов рассчитаны парамагнитные составляющие магнитной восприимчивости [χпара(Fe)] и значения эффективных магнитных мо­ментов [μэф(Fe)] атомов железапри разных температурах и для различных концентраций твердых растворов. Диа­магнитные поправки при расчете парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости введены с учетом восприимчивости матрицы ниобата висмута Bi3NbO7 кубической модификации, измеренной в том же температурном интервале [3].

Зависимость обратной величины парамагнитной составляющей магнит­ной восприимчивости, рассчитанной на один моль парамагнитных атомов,от температуры для всех железосодержащих твердых растворов подчиняется закону Кюри - Вейсса в исследуемом интервале температур. Постоянная Вейсса принимает отрицательные значения, чтоуказывает на антиферромагнитные обменныевзаимодействия ближнего порядка.Изотермы парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости железа[χпара(Fe)] в твердых растворах (рис. 1) имеют вид характерный для антиферромагнетиков. Величина эффективного магнитного момента одиночных атомов железа, рассчитанная в результате экстраполяции концентрационных зависимостей величин [χпара(Fe)] на бесконечное разбавление твердых растворов уменьшается с ростом температуры от μэф(Fe) = 7.12 МБ (90 К) до 6.97 МБ (320 К), что свидетельствует о наличии ферромагнитных взаимодействий между атомами железа. Величина магнитного момента превышает чисто спиновое значение для атомов Fe(III) (μэф= 5.92 МБ, терм 6А1g),Fe(II) (μэф ~ 4.9-5.7 МБ, 5Т2g) и, тем более для Fe(IV) (d4). Совершенно очевидно, что это связано с образованием  ферромагнитно связанных агрегатов из атомов Fe(III).

Рис. 1 – Изотермы парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости железосодержащих  твердых растворов при 90 К (1), 140 К (2), 200 К (3), 260 К (4) и 320 К (5).

 

Ферромагнитный характер взаимодействия в кластерах железа сохраняется до х≤0.006, с увеличением концентрации атомов парамагнетика в твердых растворах характер изменения магнитного момента от температуры свидетельствует о доминировании антиферромагнитного обмена между атомами железа.

Таким образом, в бесконечно разбавленном твердом растворе присутствуют одиночные атомы Fe(III) и димеры  Fe(III)-O-Fe(III) с антиферро-и ферромагнитным типом обмена. Образование димеров, а не более сложных агрегатов или цепочек из парамагнитных атомов, связано, по-видимому, с низкой концентрацией парамагнитных атомов в твердых растворах.

Экспериментальная часть

Синтез твердых растворов кубической модификации проведен стандартным керамическим методом из оксидов висмута(III), ниобия(V) и железа (III) квалификации “осч” при температуре 750˚С и 950˚С. Фазовый состав исследуемых препаратов контролировали методома электронной сканирующей микроскопии  (энергодисперсионный спектрометр фирмы Link) и рентгенофазового анализа (ДРОН-4-13, Cu–излучение), параметры элементарной ячейки твердых растворов рассчитаны с использованием пакета программ  CSD [7].

Количественное определение содержания железа в образцах твердых растворов проведено методом атомно-эмиссионной спектрометрии (спектрометр SPECTROCIROS тип ICP) с точностью 5% от индекса х в формуле твердого раствора.

Измерения магнитной восприимчивости твердых растворов проведены по методу Фарадея в ин­тервале температур 77 – 400 К при 16 фиксированных значениях температуры. Точность относительных измерений составила 2%.

 

Список литературы:

1.  Жук Н.А., Рожкина Н.В.// ЖОХ. 2014. Т.84. Вып.1. С.3. Zhuk N. A., Rozhkina N.V.// Russian Journal of General Chemistry. 2014. Vol.84. N 1.P.1.

2. Чежина Н.В., Жук Н.А., Жаренкова В.Н., ЛютоевВ.П.//ЖОХ. 2015. Т. 85. №3. С.353. Chezhina N.V., Zhuk N.A., Zharenkova V.N., Lyutoev V.P. Russian J.General Chemistry. 2015. Vol.85. N.3. P. 521.

3. Чежина Н.В., Жук Н.А., Лютоев В.П.//ЖОХ. 2015. Т. 85. №7.С.1073. Chezhina N.V., Zhuk N.A., Lyutoev V.P. Russian J.General Chemistry. 2015. Vol.85. N.7. P. 1599.

4.  Abrahams  I., Krok F., Wrobel W., Kozanecka-Szmigiel A., ChamS.C.M. // SolidState Ionics. 2008. Vol. 179.  P. 2.

5.   Abrahams I., Krok F., Kozanecka-Szmigiel A., Cham S.C.M., DygasJ.R. // J. Power Sources. 2007. Vol. 173.  P. 788.

6.  Abrahams I., Krok F., Chan S.C.M., Wrobel W., Kozanecka-Szmigiel A., Luma A., DygasJ.R. //J. Solid Electrochem. 2006. Vol. 10.  P. 569.

7.  АkselrudL. G., GrynY. N., ZavalijP. Yu.// Thes. Rep. 12th Europ.Crystallogr. Meet. 1985. p. 55.

8.  Castro A., Aguado E., Rojo J.M., Herrero P., Enjalbert R., Galy J.//Mater. Res. Bull. 1998. Vol. 33. P. 31.

9.  Chezhina N.V., Korolev D.A., Zhuk N.A.// J. SolidState Chem. 2016. Vol. 233.P. 205.

10.  Fang J., Ma J., Sun Y., Liu Z., Gao C.//SolidStateScien. 2011. Vol. 13.P. 1649.

11.  Fung K.Z., Chen J., Virkar A.V.//J.Am. Ceram.Soc. 1993.Vol. 76.No. 10. P. 2403.

12. Leszczynska M., Holdynski M., Krok F., Abrahams I., Liu X., WrobelW. // SolidState Ionics. 2010. Vol. 181.  P. 796.

13. Ling C.D., Johnson M.// J. SolidState Chem. 2004. Vol. 177. P.1838.

14.  Shannon R. D.// Acta Crystallogr. А, 1976. Vol. 32.P. 751.

15.  Struzik M., Liu X., Abrahams I., Krok F., Malys M., DygasJ.R. // SolidState Ionics. 2012. Vol. 218.  P. 25.

16.  Takahashi T., Iwahara H., Esaka T.// J. Appl. Electrochem. 1977. Vol. 7. No. 4.P. 303.

17.  Tang D., Zhou W.// J. SolidState Chem. 1995. Vol. 119. P.311.

18.  Wu W., Liang S., Shen L., Ding Z., Zheng H., Su W., Wu L.//J. All. Comp. 2012.Vol. 520.P. 213.

19.  Zhou W., Jefferson D.A., Thomas J.M.//Solid State Chem. 1987. Vol.70. P.129.

20.  Zhou W., Jefferson D.A., Thomas J.M.//Solid State Chem. 1987. Vol.70. P.129.

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом