Перспективные блочно-слоевые материалы c протонной и тройной протонной-кислородной-электронной проводимостью: от химического дизайна к электрохимическим устройствам

В рамках первого года выполнения проекта впервые получены допированные неодимом и гадолинием фазы на основе слоистого перовскита BaLaInO4, характеризующиеся структурой Раддлесдена-Поппера. Установлены области гомогенности твердых растворов. Показано, что допирование приводит к расширению объема элементарной ячейки и межслоевого пространства. Изучены процессы гидратации и установлено наличие протонов в структуре. Показано, что оседлой формой протонов являются энергетически неэквивалентные ОН-группы, характеризующиеся различной термической стабильностью. С ростом объема элементарной ячейки слоистого перовскита (при допировании) возрастает величина водопоглощения. Показано, что образцы составов BaLa0,9Nd0,1InO4 и La0,9Gd0,1InO4 характеризуются смешанной кислородной ионно-дырочной проводимостью в атмосфере сухого воздуха; допирование приводит к увеличению общей проводимости и доли кислородно-ионной проводимости. В атмосфере влажного воздуха при температурах ниже 400 °C образцы характеризуются доминирующей протонной проводимостью; числа переноса протонов составляют ~ 95 %. Установлено, что перовскиты на основе BaLaInO4 характеризуются таким преимуществом, как химическая устойчивость к парам воды и углекислому газу. Показано, что изовалентное допирование слоистых перовскитов AA'BO4 является перспективным методом улучшения транспортных свойств и получения новых перспективных протонпроводящих керамических материалов.