Взаимосвязь валентности атомов Fe и кислородных вакансий в замещенном ортоферрите La0.67Sr0.33FeO3 – γ в процессе термообработки

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методом мёссбауэровской спектроскопии с привлечением данных рентгеноструктурного анализа исследован замещенный ортоферрит лантана La0.67Sr0.33FeO3 – γ. Выполнена серия вакуумных отжигов в интервале температур tann 200–650°С, в ходе которых не обнаружено каких-либо значительных изменений в структуре образцов. Из мёссбауэровских измерений при комнатной температуре следует, что ионы Fe находятся в усредненно-валентном состоянии между Fe3+ и Fe4+. При вакуумном отжиге с увеличением температуры tann растет среднее сверхтонкое магнитное поле на ядрах 57Fe и изомерный сдвиг спектра, что связано с ростом числа вакансий и, соответственно, уменьшением количества Fe4+. Мёссбауэровские измерения при 85 К показали, что усредненно-валентное состояние железа не проявляется. Сверхтонкие параметры парциальных низкотемпературных мессбауэровских спектров, полученные из модельной расшифровки, позволяют заключить, что один из них принадлежит ионам Fe4+, остальные – Fe3+. Наличие в спектрах нескольких секстетов, относящихся к ионам Fe3+, обусловлено появлением кислородных вакансий (обрыв обменной связи Fe3+–O2––Fe) и ионов Fe4+ (ослабление обменной связи Fe3+–O2––Fe) в ближайшем ионном окружении атомов Fe. Оба фактора вызывают уменьшение сверхтонкого магнитного поля и изменение изомерного сдвига спектра. В результате модельной расшифровки мёссбауэровских спектров определены числа кислородных вакансий и ионов Fe4+ на формульную единицу для всех образцов в зависимости от температуры вакуумного отжига tann. Показано, что при tann выше 450°С процесс выхода кислорода из решетки заканчивается, и детектируются только ионы Fe3+.

Об авторах

В. Д. Седых

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Email: sedykh@issp.ac.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2

В. С. Русаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: sedykh@issp.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1-2

Т. В. Губайдулина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: sedykh@issp.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1-2

О. Г. Рыбченко

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Email: sedykh@issp.ac.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2

В. И. Кулаков

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sedykh@issp.ac.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2

Список литературы

  1. Salamon M.B., Jaime M. The physics of manganites: Structure and transport // Rev. Mod. Phys. 2001. V. 73. P. 583–628. https://doi.org/10.1103/REVMODPHYS.73.583
  2. Tokura Y. Contribution to Colossal Magnetoresistance Oxides / Edit. by Y. Tokura (Gordon & Breach, London, 1999).
  3. Tugova E.A., Popova V.F., Zvereva I.A., Gusarov V.V., Phase diagram of the LaFeO3–LaSrFeO4 system // Glass. Phys. Chem. 2006. V. 32. P. 674–676.
  4. Petrovic S., Terlecki A., Karanovic L., Kirilov–Stefanov P., Zduji M., Dondur V., Paneva D., Mitov I., Rakic V. LaMO3 (M = Mg, Ti, Fe) perovskite type oxides: Preparation, characterization and catalytic properties in methane deep oxidation // Appl. Catal. B Environ. 2008. V. 79. P. 186–198.
  5. Tijare S.N., Joshi M.V., Padole P.S., Mangrulkar P.A., Rayalu S., Labhsetwar N.K. Photocatalytic hydrogen generation through water splitting on nano-crystalline LaFeO3 perovskite // Int. J. Hydrogen Energ. 2012. V. 37. P. 10451–10456.
  6. Wei Z., Xu Y., Liu H., Hu C. Preparation and catalytic activities of LaFeO3 and Fe2O3 for HMX thermal decomposition // J. Hazard. Mater. 2009. V. 165. P. 1056–1061.
  7. Faye J., Bayleta A., Trentesauxb M., Royera S., Dumeignil F., Duprez D., Valange S., Influence of lanthanum stoichiometry in La1 – xFeO3 – δ perovskites on their structure and catalytic performance inCH4 total oxidation // Appl. Catal. B Environ. 2012. V. 126. P. 134–143.
  8. Yang J.B., Yelon W.B., James W.J., Chu Z., Kornecki M., Xie Y.X., Zhou X.D., Anderson H.U., Joshi A.G., Malik S.K. Crystal structure, magnetic properties, and Mössbauer studies of La0.6Sr0.4FeO3 – d prepared by quenching in different atmospheres // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 184 415. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.184415
  9. Goodenough J.B. In Progress in Solid State Chemistry, edited by H. Reiss (Pergamon, London, 1971). V. 5. P. 145.
  10. Goodenough J.B. In Magnetism and Chemical Bond, edited by F. Albert Cotton (Interscience, London, 1963) 1: P. 15 414.
  11. da Silva R.B., Soares J.M., da Costa J.A.P., de Araújo J.H., Rodrigues A.R., Machado F.L.A. Local iron ion distribution and magnetic properties of the perovskites La1 – xSrxFeO3 – γ // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 466. P. 306–310. https://doi.org/10.1016/J.JMMM.2018.07.040
  12. Shimony U., Knudsen J.M. Mössbauer Studies on Iron in the Perovskites <spin class // Phys. Rev. 1966. V. 144. P. 361. https://doi.org/10.1103/PhysRev.144.361
  13. Takano M., Kawachi J., Nakanishi N., Takeda Y. Valence state of the Fe ions in Sr1 – yLayFeO3 // J. Solid State Chem. 1981. V. 39. P. 75–84. https://doi.org/10.1016/0022-4596(81)90304-2
  14. Dann S.E., Currie D.B., Weller M.T., Thomas M.F., Al-Rawwas A.D. The Effect of Oxygen Stoichiometry on Phase Relations and Structure in the System La1 – xSrxFeO3 – δ (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ δ ≤ 0.5) // J. Solid State Chem. 1994. V. 109. P. 134–144. https://doi.org/10.1006/JSSC.1994.1083
  15. Al-Rawwas A.D., Johnson C.E., Thomas M.F., Dann S.E., Weiler M.T. Mössbauer studies on the series La1 – xSrxFeO3 // Hyperfine Interact. 1994 V. 93. P. 1521–1529. https://doi.org/10.1007/BF02072903
  16. Grenier J.C., Ea N., Pouchard M., Abou-Sekkina M. Proprietes electriques et magnetiques des ferrites oxydes La1 – xSrxFeO3 – y // Mater. Res. Bull. 1984. V. 19. P. 1301–1309. https://doi.org/10.1016/0025-5408(84)90192-2
  17. Седых В.Д., Рыбченко О.Г., Некрасов А.Н., Конева И.Е., Кулаков В.И. Влияние изменения содержания кислорода на локальное окружение атомов Fe в анион-дефицитном SrFeO3 – δ. // ФТТ. 2019. Т. 61. № 6. С. 1162–1169.
  18. Matsnev M.E., Rusakov V.S. SpectrRelax: An application for Mössbauer spectra modeling and fitting / in: AIP Conf. Proc., American Institute of Physics AIP, 2012. P. 178–185. https://doi.org/10.1063/1.4759488
  19. Fossdal A., Menon M., Wærnhus I., Wiik K., Einarsrud M.A., Grande T. Crystal Structure and Thermal Expansion of La1 – xSrxFeO3 – δ Materials // J. Am. Ceram. Soc. 2004. V. 87. P. 1952–1958. https://doi.org/10.1111/J.1151-2916.2004.TB06346.X
  20. Grenier J.C., Fournès L., Pouchard M., Hagenmuller P., Komornicki S. Mössbauer resonance studies on the Ca2Fe2O5–LaFeO3 system // Mater. Res. Bull. 1982. V. 17. P. 55–61. https://doi.org/10.1016/0025-5408(82)90183-0
  21. Battle P.D., Gibb T.C., Nixon S. A study of the ordering of oxygen vacancies in the nonstoichiometric perovskite Sr2LaFe3O8 + y by Mössbauer spectroscopy and a comparison with SrFeO3 – y // J. Solid State Chem. 1989. V. 79. P. 75–85.
  22. https://doi.org/10.1016/0022-4596(89)90252-1
  23. Battle P.D., Gibb T.C., Nixon S. A study of charge disproportionation in the nonstoichiometric perovskite Sr2LaFe3O8 + y by Mössbauer spectroscopy // J. Solid State Chem. 1988 V. 77. P. 124–131. https://doi.org/10.1016/0022-4596(88)90099-0
  24. Sawatzky G.A., van der Woude F. Covalency effects in hyperfine interactions // J. Phys. Colloq. 1974 V. 35. P. 47–60.
  25. Николаев В.И., Русаков В.С. Мессбауэровские исследования ферритов. М.: Изд-во моск. у-та, 1985. С. 224.

Дополнительные файлы