Modyfikacja BaYMn2O5+δ w aspekcie rozwoju technologii magazynowania tlenu w tlenkach perowskitowych

Niniejsza praca prezentuje metodę modyfikacji właściwości związanych z magazynowaniem tlenu w układzie BaYMn₂O₅- BaYMn₂O6 poprzez chemiczne podstawienie itru gadolinem. Praca zawiera charakterystykę właściwości strukturalnych oraz wyniki pomiarów odwracalnej pojemności magazynowania tlenu dla perowskitów z uporządkowaną podsiecią kationową A, należących do grupy BaY_1-xGd_xMn2O_5+δ (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75 oraz 1.0). Pomiary rentgenowskie potwierdziły tworzenie roztworów stałych, a materiały zawierające gadolin wykazują strukturę z warstwowym uporządkowaniem podsieci Ba-Y_1-xGdx. Większe kationy Gd³⁺ powodują wzrost objętości komórki elementarnej zarówno dla materiałów zredukowanych BaY_1-xGd_xMn₂O₅, jak i dla utlenionych BaY_1-xGd_xMn₂O₆. Oprócz zmian strukturalnych, gadolin powoduje też zmianę właściwości związanych z magazynowaniem tlenu. Ich poprawa polega głównie na znaczącym przyspieszeniu szybkości redukcji oraz na obniżeniu temperatury charakterystycznej utleniania, jednakże, ze względu na większą masę molową, materiały zawierające gadolin wykazują obniżoną odwracalną pojemność magazynowania tlenu. Przedstawione w pracy wyniki wskazują, że chemiczna modyfikacja BaYMn₂O_5+˂ umożliwia otrzymanie materiałów o polepszonych właściwościach, co może w przyszłości doprowadzić do zasadniczego postępu w rozwoju technologii magazynowania tlenu w tlenkach o strukturze perowskitu.

This work presents an approach to modification of oxygen storage properties of BaYMn₂O₅- BaYMn₂O6 system by a chemical substitution of yttrium by gadolinium. Characterization of structural properties and results of measurements of reversible oxygen storage capacity of A-site cation ordered perovskites, belonging to BaY_1-xGd_xMn2O_5+δ (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0) family are presented. Formation of solid solutions was confirmed by x-ray measurements, with Gd-containing compounds exhibiting structure with layered arrangement of Ba-Y_1-xGd_x sub-lattice. Larger Gd³⁺ cations cause an increase of unit cell volume of reduced BaY_1-xGd_xMn₂O₅, as well as oxidized BaY_1-xGd_xMn₂O₆. Apart from structural modification, gadolinium significantly changes oxygen storage properties of the compounds. The major improvement is related to a significantly faster reduction rate, as well as to a lower characteristic temperature of oxidation, however, due to a higher molar mass, Gd-containing materials exhibit reduced reversible oxygen storage capacity. The presented results indicate that chemical modification of BaYMn₂O5_5+δ allows to obtain materials with enhanced properties, which may lead to a significant progress of oxygen storage technology in perovskite oxides in the future.