Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences68326410.31857/S2686953525010036AWJMSSCHEMISTRYХИМИЯResearch ArticleOxygen exchange and mechanism of oxygen intake by complex oxides with a swedenborgite structureОсобенности кислородного обмена и механизм поглощения кислорода сложными оксидами со структурой сведенборгитаTurkinD. I.ТуркинД. И.
Russian Federation
turkin@ihim.uran.ruReznitskikhO. G.РезницкихО. Г.
Russian Federation
turkin@ihim.uran.ruKozhevnikovV. L.КожевниковВ. Л.
Russian Federation

Academician of the RAS

академик РАН

turkin@ihim.uran.ruInstitute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук150220255201233207062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/683264

The kinetics of oxygen sorption from air by Y0.8Ca0.2BaCo4-xFexO7+δ (x = 0, 1) is studied by nonisothermal thermogravimetric measurements. The activation energy is calculated by model-free methods of Friedman, Starink and Vyazovkin. The master plot and Coates–Redfern methods are applied to determine the mechanism of oxygen intake. The results show the activation energies and frequency factors are 189 and 197 kJ mol–1 and 4.7 × 1013 and 2.3 × 1014 min–1 in Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ and Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ, respectively. The arguments are given in proof of oxygen sorption determined by the volume random nucleation and growth of the oxygen-rich nuclei.

Методами термогравиметрического неизотермического анализа впервые исследована кинетика сорбции кислорода оксидами Y0.8Ca0.2BaCo4–xFexO7+δ, (x = 0, 1) на воздухе. Значения энергии активации получены с использованием безмодельных методов Фридмана, Старинка и Вязовкина. Для определения кинетической функции, описывающей механизм процесса, использован обобщенный графический анализ и метод Коутса–Редферна. В оксидах Y0.8Ca0.2BaCo4O7+δ и Y0.8Ca0.2BaCo3FeO7+δ, значения энергии активации и частотного фактора составляют 189 и 197 кДж моль–1 и 4.7 × 1013 и 2.3 × 1014 мин–1 соответственно. Показано, что процесс кислородной сорбции лимитируется случайным образованием и ростом зародышей окисленной фазы в структурных слоях типа кагоме.

cobaltitesoxygen exchangekinetic analysisкобальтитыкислородный обменкинетический анализРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-19-00129Vieten J., Bulfin B., Call F., Lange M., Schmücker M., Francke A., Roeb M., Sattler C. // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. P. 13652–13659. https://doi.org/10.1039/C6TA04867FTescari S., Agrafiotis C., Breuer S., de Oliveira L., Neisesvon Puttkamer M., Roeb M., Sattler C. // Energy Procedia. 2014. V. 49. P. 1034–1043. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.111Kodama T., Gokon N. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 4048–4077. https://doi.org/10.1021/cr050188aKarppinen M., Yamauchi H., Otani S., Fujita T., Motohashi T., Huang Y.-H., Valkeappa M., Fjellvag H. // Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 490–494. https://doi.org/10.1021/cm0523081Hao H., Cui J., Chen C., Pan L., Hu J., Hu X. // Solid State Ion. 2006. V. 177. P. 631–637. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.030Chen T., Hasegawa T., Asakura Y., Kakihana M, Motohashi T., Yin S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 51008–51017. https://doi.org/10.1021/acsami.1c15419Nagai Y., Yamamoto T., Tanaka T., Youhida S., Nonaka T., Okamoto T., Suda A., Suqiura M. // Catal. Today. 2002. V. 74. P. 225–234. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(02)00025-1Kaspar J., Fornasiero P. // J. Solid State Chem. 2003. V. 171. P. 19–29. https://doi.org/10.1016/S0022-4596(02)00141-XRasanen S., Yamauchi H., Karppinen M. // Chem. Lett. 2008. V. 37. P. 638–639. https://doi.org/10.1246/cl.2008.638Parkkima O., Yamauchi H., Karppinen M. // Chem. Mater. 2013. V. 25. P. 599–604. https://doi.org/10.1021/cm3038729Parkkima O., Karppinen M. // Eur. J. Inorg. Chem. 2014. V. 2014. № 25. P. 4056–4067. https://doi.org/10.1002/ejic.201402135Motohashi T., Kadota S., Fjellvag H., Karppinen M., Yamauchi H. // Mater. Sci. Eng. B. 2008. V. 148. P. 196–198. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.09.052Turkin D.I., Yurchenko M.V., Tolstov K.S., Shalamova A.M., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. // J. Solid State Chem. 2023. V. 326. P. 124194. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124194Turkin D.I., Tolstov K.S., Yurchenko M.V., Suntsov A.Yu., Kozhevnikov V.L. // Inorg. Mater. 2023. V. 59. P. 1104–1110. https://doi.org/10.1134/S0020168523100126Rodríguez-Carvajal J. // Physica B. 1993. V. 192. P. 55–59. https://doi.org/10.1016/0921-4526(93)90108-IVyazovkin S., Burnham A.K., Criado J.M., Pérez-Maqueda L.A., Popescu C., Sbirrazzuoli N. // Thermochim. Acta. 2011. V. 520. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.tca.2011.03.034Alekseev A.V., Kameneva M.Y., Kozeeva L.P., Lavrov A.N., Podberezskaya N.V., Smolentsev A.I., Shmakov A.N. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2013. Т. 77. № 2. С. 151–154. https://doi.org/10.3103/S1062873813020044Cuartero V., Blasco J., Subías G., García J., Rodríguez-Velamazán J.A., Ritter C. // Inorg. Chem. 2018. V. 57. P. 3360–3370. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b00112Brown M.E., Dollimore D., Galwey A.K. Reactions in the Solid State. Amsterdam: Elsevier, 1980. 339 c.Senum G., Yang R. // J. Thermal Anal. 1977. V. 11. P. 445–447. https://doi.org/10.1007/BF01903696Pérez-Maqueda L.A., Criado J.M. // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 60. P. 909–915. https://doi.org/10.1023/A:1010115926340Friedman H.L. // J. Polym. Sci., Part C: Polym. Lett. 1964. V. 6. P.183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121Starink M.J. // Thermochim. Acta. 2003. V. 404. P. 163–176. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(03)00144-8Vyazovkin S., Dollimore D. // J. Chem. Inf. Comp. Sci. 1996. V. 36. P. 42–45. https://doi.org/10.1021/ci950062mHou L., Yu Q., Wang T., Wang K., Qin Q., Qi Z. // Korean J. Chem. Eng. 2018. V. 35. P. 626–636. https://doi.org/10.1007/s11814-017-0332-6Vyazovkin S. // Molecules. 2021. V. 26. P. 3077. https://doi.org/10.3390/molecules26113077Coats A.W., Redfern J.P. // Nature. 1964. V. 201. P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0Gotor F.J., Criado J.M., Malek J., Koga N. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 10777–10782. https://doi.org/10.1021/jp0022205De Bruijn T.J.W., De Jong W.A., Van Den Berg P.J. // Thermochim. Acta. 1981. V. 45. P. 315–325. https://doi.org/10.1016/0040-6031(81)85091-5