СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ

В последнее время протонпроводящие оксиды интенсивно исследуются в связи с возможностью их использования в различных электрохимических устройствах (топливных элементах, сепараторах и сенсорах водорода и др.). В частности, ортониобат лантан LaNbO₄ представляет собой перовскитную структуру ABO3 с и обладает смешанной ионно-электронной проводимостью, которая имеет протонную проводимость порядка 10-³ Ом-¹ См-1 при температурах выше 700°C и высокую устойчивость во влажной и обогащенной CO₂ среде. Данные материалы являются перспективными для создания мембран для сепарации кислорода и среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. Но исследования показали, что ортониобаты лантана обладают недостаточной электронной проводимостью. Одним из подходов решения данной проблемы является создание нанокомпозитных материалов на их основе с использованием металлов и их сплавов. Оптимизация состава, микроструктуры и текстуры таких материалов позволят улучшить характеристики топливных элементов и мембран.
В работе впервые синтезированы наночастицы металлов и их сплавов NiCuOx, CoCuO_x, NiCoAgOx в присутствии изопропилового спирта в сверхкритической среде. Морфология и размер частиц сплавов были изучены с помощью электронной микроскопии JSM-6460 LV (JEOL, Япония), а фазовый состав был исследован на дифрактометре BrukerAdvance D8, используя CuKα. Полученные результаты исследования показали, что с использованием сверхкритических спиртов можно получить металлы и сплавы в одну стадию. По данным ПЭМ полученные порошки после прокаливания являются почти сферическими наночастицами со средним размером 25-45 нм. Полученные биметаллические порошки являются перспективными материалами для приготовления композитов и нанесения на пористую подложку для создания протонпроводящих мембран.

1. Malavasi L, Fisher CAJ, Islam MS. Oxide-ion and proton conducting electrolyte materials for clean energy applications: structural and mechanistic features. Chem Soc Rev 2010;39:4370–4387.

2. Phair JW, Badwal SPS. Review of proton conductors for hydrogen separation. Ionics 2006;12:103–115

3. Bonanos N. Transport properties and conduction mechanism in high-temperature protonic conductors. Solid State Ionics 1992;53–56:967–974.

4. Norby T. Proton conductivity in perovskite oxides. In: Ishihara T, editor. Perovskite oxide for solid oxide fuel cells. Springer; 2009. p. 217–241.

5. Bonanos N, Knight KS, Ellis B. Perovskite solid electrolytes: structure, transport properties and fuel cell applications. Solid State Ionics 1995;79:161–170.

6. Iwahara H, Uchida H, Ono K, Ogaki K. Proton conduction in sintered oxides based on BaCeO 3 . J Electrochem Soc 1988;135:529–33.

7. Ryu KH, Haile SM. Chemical stability and proton conductivity of doped BaCeO 3 –BaZrO 3 solid solutions. Solid State Ionics 1999;125:355–67.

8. J. Hou, Q. Chen, C. Gao, R. Dai, J. Zhang, Z. Wang, et al., Raman and luminescence studies on phase transition of EuNbO4 under high pressure // Rare Earths 32 (2014) Р.787–791, http:// dx.doi.org/10.1016/S1002-0721(14)60141-1.

9. L. Bi, E. Fabbri, E. Traversa, Solid oxide fuel cells with proton-conducting La0.99Ca0.01NbO4 electrolyte // Electrochim. Acta 260 (2018). Р.748–754.

10. R. Haugsrud, T. Norby, Proton conduction in rare earth ortho-niobates and ortho-tantalates//Nat. Mater. 5, (2006). Р.193–196

11. Magraso A, Fontaine ML, Larring Y, Bredesen R, Syvertsen GE, LeinHL, et al. Development of proton conducting SOFCs based on LaNbO4 electrolyte – status in Norway// Fuel Cells 11 (2011). рр.17–25.

12. Hang-Won Lee, Jeong-Hyun Park, Sahn Nahm, Dong-Wan Kim, Jae-Gwan Park. Lowtemperature sintering of temperature-stable LaNbO 4 microwave dielectric ceramics. Materials Research Bulletin 45 (2010) pp. 21–24.

13. Harald Fjeld, Despoina Maria Kepaptsoglou, Reidar Haugsrud, Truls NorbyHarald Fjeld, Despoina Maria Kepaptsoglou, Reidar Haugsrud, Truls Norby. Charge carriers in grain boundaries of 0.5% Sr-doped LaNbO4. Solid State Ionics 181 (2010) рр. 104–109.

14. Yong Cao, Bo Chi, Jian Pu, Li Jian. Effect of Ce and Yb co-doping on conductivity of LaNbO4. Journal of the European Ceramic Society 34 (2014) рр. 1981–1988.

15. Mingming Li, Runping Wu, Lin Zhu, Jigui Cheng, Tao Hong, Chenxi Xu. Enhanced sinterability and conductivity of cobalt doped lanthanum niobate as electrolyte for proton-conducting solid oxide fuel cell. Ceremics International 145 (2019) рр. 573-578.

16. L. Hakimova, A. Kasyanova, A. Farlenkov, J. Lyagaeva, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Effect of isovalent substitution of La 3+ in Ca-doped LaNbO 4 on the thermal and electrical properties. Ceramics International 45 (2019) рр. 209 – 215.

17. Andrea Cavallaro, Cecilia Solís, Pablo R. Garcia, Belen Ballesteros, Jose M. Serra, Jose L. Santiso. Epitaxial films of the proton-conducting Ca-doped LaNbO 4 material and a study of their charge transport properties. Solid State Ionics 216 (2012) рр. 25–30.

18. V.A. Sadykov, Yu.N. Bespalko, A.V. Krasnov, P.I. Skriabin, A.I. Lukashevich, Yu.E. Fedorova, E.M. Sadovskaya, N.F. Eremeev, T.A. Krieger, A.V. Ishchenko, V.D. Belyaev, N.F. Uvarov, A.S. Ulihin, I.N. Skovorodin. Novel proton-conducting nanocomposites for hydrogen separation membranes. Solid State Ionics 322 (2018) рр. 69–78.

19. Kacper Dzierzgowski, Sebastian Wachowski, Weronika Gojtowska, Iga Lewandowska, Piotr Jasiński, Maria Gazda, Aleksandra Mielewczyk-Gryń. Praseodymium substituted lanthanum orthoniobate: Electrical and structural properties. Ceramics Internationa l44 (2018) рр. 8210–8215.

20. João P.C. do Nascimento, Felipe F. do Carmo, Marcello X. Façanha, José E.V. de Morais, Antonio J.M. Sales, Humberto D. de Andrade, Idalmir S. Queiroz Júnior, Antonio S.B. Sombra. Visible and near- infrared luminescent properties of Pr 3+ /Yb 3+ co-doped lanthanum ortho-niobate phosphors. Optical Materials 97 (2019) рр. 109 -119.