Materiały ceramiczne z grupy perowskitów podwójnych na bazie BaYMn2O5+δ dla technologii magazynowania tlenu

W niniejszej pracy przedstawiono charakterystykę właściwości strukturalnych, oraz wyniki badań pojemności magazynowania tlenu, materiałów ceramicznych z grupy perowskitów podwójnych BaY1-xSmxMn2O5+δ (x = 0, 0,25, 0,5, 0,75 i 1). Podobnie jak materiał wyjściowy BaYMn2O5+δ, związki podstawiane Sm wykazują strukturę z warstwowym uporządkowaniem podsieci Ba-Y1-xSmx. Materiały zredukowane (δ ≈ 0) krystalizują w układzie tetragonalnym z grupą przestrzenną P4/nmm. W przypadku materiałów utlenionych (δ ≈ 1) zaobserwowano strukturę trójskośną P-1 dla składów o zawartości samaru x ≤ 0,5. Dla związków o zawartości x > 0,5 proces utleniania nie powoduje zmian symetrii, a materiały te różnią się od zredukowanych jedynie stopniem obsadzenia przez tlen pozycji strukturalnych oraz objętością komórki elementarnej. W przypadku całej serii materiałów zmierzono odwracalną pojemność magazynowania tlenu przekraczającą 99% wartości teoretycznej, sięgającą od 3,35% wag. dla BaSmMn2O5+δ do 3,82% wag. dla BaYMn2O5+δ. Niższa pojemność związków zawierających samar wynika z ich wyższej masy molowej. Podstawienie itru samarem istotnie wpływa na temperaturę i kinetykę procesów redukcji i utleniania, co umożliwia zaprojektowanie materiału wykazującego żądane właściwości dla zastosowań technologicznych.

---

Characterization of structural properties and results of measurements of oxygen storage capacity of ceramic materials from the BaY1-xSmxMn2O5+δ (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1) group of double perovskites are presented in this work. Similarly to initial BaYMn2O5+δ, Sm-substituted compounds exhibit the structure with layered arrangement of the Ba-Y1-xSmx sublattice. Reduced materials (δ ≈ 0) crystallize in tetragonal symmetry with P4/nmm space group. In the case of oxidized materials (δ ≈ 1), the triclinic P-1 structure was observed for compositions with samarium content x ≤ 0.5. For compounds with x > 0.5 the oxidation process does not cause a change of the symmetry, and these materials differ from the reduced one only by occupation of crystal positions by oxygen and by unit cell volume. In case of whole series of the materials, the measured reversible oxygen storage capacity exceeded 99% of theoretical one, which was from 3.35 wt.% for BaSmMn2O5+δ up to 3.82 wt.% for BaYMn2O5+δ. Lower capacity of Sm-containing materials was due to their higher molar mass. The substitution of yttrium by samarium significantly influenced the temperature and kinetics of reduction and oxidation, which allows for designing of material exhibiting required properties for technological applications.