مطالعه فاز پروسکایت Ba(Co0.8Fe0.2)O3−δ دپه شده با کاتیون تانتالم

نویسندگان

1 1- گروه مواد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

2 2- گروه خوردگی، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

پروسکایت‌ها به‌دلیل داشتن عیوب ذاتی اکسیژن از مهم‌ترین غشاهای هادی اکسیژن هستند که در ساخت راکتورهای غشایی اکسیداسیون جزئی متان مد نظر قرار می­گیرند. بررسی اثر دپه کردن فاز پروسکایت برای داشتن عیوب اکسیژن بیش‌تر و افزایش سرعت انتشار اکسیژن از غشا، در کنار حفظ پایداری ساختار همواره از محورهای اصلی پژوهش در این زمینه بوده است. در این پژوهش  بر اساس محاسبه اثر دپانت بر میزان انحراف از ساختار ایده‌آل، کاتیون تانتالم به­‌عنوان دپانت مناسب فاز پروسکایت Ba(Co0.8Fe0.2)O3−δ انتخاب شد. بررسی‌ها اثر این دپانت را در افزایش حجم عیوب با وجود بهبود ضریب انبساط حرارتی و بدون کاهش قدرت پیوند نشان می‌دهد. بر اساس نتایج، ترکیب Ba(Co0.7Fe0.2Ta0.1)O3−δ ترکیب مناسبی در ساخت غشاهای راکتورهای اکسیداسیون جزئی متان است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Tantalum Cation Doped Ba (Co0.8Fe0.2) O3−δ Perovskite Phase

نویسندگان [English]

  • S. Deljavan 1
  • M. G. Kakroudi 1
  • J. Zaroodi 2
  • F. Rezaei 1
1 1- Materials Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 2- Corrosion Department, Faculty of Materials engineering , Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Perovskite structures including oxygen vacancies are the most important group of the oxygen preamble membranes. These membranes have potentially attractive applications in the membrane reactors for partial oxidation of methane. Doping Perovskite phase in order to increase the oxygen vacancies and oxygen permeation, besides Perovskite structure stability, has been the main approach of the recent researches. In this research, tantalum was chosen as the appropriate dopant for Ba(Co0.8Fe0.2)O3−δ  Perovskite phase, according to the tolerance factor calculations. The X ray patterns of synthesized Ba (Co0.7Fe0.2Ta0.1)O3−δ indicate that the Perovskite structure was formed. Powder density, thermal expansion coefficient measurements and bond strength studies using FT-IR analysis revealed that the chosen dopant not only increases the oxygen vacancies volume but also reduces the thermal expansion coefficient without significant changes of bond strength. Results showed that the novel Ba (Co0.7Fe0.2Ta0.1) O3−δ is a good choice for the membrane fabrication of methane partial reduction reactors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane
  • Perovskites
  • stability
  • Oxygen permeability
  • Defect volume
1. Vladislav, V.K., Solid State Electrochemistry II: Electrodes, Interfaces and Ceramic Membranes,
Vol. 2, pp. 240-242, John Wiley & Sons, 2011.
2. Hsieh, H.P., Inorganic Membranes for Separation and Reaction, pp. 330-331, Elsevier, 1996.
3. Kang, L., Ceramic Membranes for Separation and Reaction, p. 211, John Wiley & Sons, 2007.
4. Ishihara, T., Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cells, p. 2, Springer, 2009.
5. Müller, K.A. and Kool, T.W., Properties of Perovskites and Other Oxides, p. 36, World Scientific, 2010.
6. Mogensen, M., Armstrong, T., Gur, T. and Yokokawa, H., Ionic and Mixed Conducting Ceramics, p. 178, The Electrochemical Society, 2008.
7. Grinberg, F. and Heitjans, P., Diffusion Fundamentals, Vol. 1, p. 246, Leipziger Universitäts, 2007.
8. Hahn, H.W., Sidorenko, A. and Tiginyanu, I., Nanoscale Phenomena: Fundamentals and Applications, Springer, p. 75, 2009.
9. Sharma, T., Electrochemical Devices: Application of Nano Size Perovskite Oxides, p. 46, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011
10. Putnis, A., An Introduction to Mineral Sciences,
p. 138, Cambridge University Press, 1992.
11. Johnston, M. and Lemmens, P., “Crystallography and Chemistry of Perovskites”, http://arxiv.org/abs/cond-mat/0506606 Accessed on 2 May 2012.
12. Muller, U., Inorganic Structural Chemistry, p. 203, John Wiley and Sons, 1993.
13. Yang, L.,Wu, Z., Jin, W. and Xu, N., “Structure and Oxygen Permeability of BaCo0.4Fe0.6-xZrxO3-δ Oxide:  Effect of the Synthesis Method”, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 43, pp 2747-2752, 2004.
14. Yi, J., “Behavior of Ba (Co, Fe, Nb) O3-δ Perovskite in CO2-Containing Atmospheres: Degradation Mechanism and Materials Design”, American Chemical Society, Chemistry of Materials,
Vol. 22 (23), pp. 6246–6253, 2010.
15. Lu, H.U., “Structural, Sintering and Oxygen Sorption Properties of a Novel Fe/Nb Co-Doped Perovskite Ba (Co0.8Fe0.1Nb0.1) O3-δ Oxide”, Functional Materials Letters, Vol. 4, pp. 37-40, 2011.
16. Http://abulafia.mt.ic.ac.uk/shannon/ptable.php Accessed on 9 July 2012.
17. Tong, J., “Investigation of Ideal Zirconium-Doped Perovskite-Type Ceramic Membrane Materials for Oxygen Separation”, Journal of Membrane Science, Vol. 203, pp 175-189, 2002.
18. Fernando, C. and Londoño-Badillo, A., “Effect of Atmosphere on the Perovskite Phase Stability”, Revista Cubana de Química, Vol 23, pp. 19-26, 2012.
19. Taniguchi, S. and Aniya, M., “Relationship between Thermal Expansion, Ionic Conduction and Ionicity in Perovskite-Type Oxides”, Integrated Ferroelectrics, Vol. 115, pp.18-24, 2010.
20. Smith, B.C., Fundamentals of Fourier Transform Infrared Spectroscopy, p. 155, CRC press, 2011.

تحت نظارت وف ایرانی