Stability, cation ordering and oxygen non-stoichiometry of some perovskites and related layered oxides

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Lehtimäki, Matti
dc.date.accessioned 2013-09-03T09:00:09Z
dc.date.available 2013-09-03T09:00:09Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5264-9 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5263-2 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10938
dc.description.abstract Perovskites and perovskite-related layered oxides have been widely studied for various applications due to their interesting physical and chemical properties. This thesis investigates the thermal stability, cation ordering and oxygen non-stoichiometry of several perovskite-related materials. Effects of various cation substitutions on the cation ordering, thermal stability and physical properties of Sr2MgMoO6−δ double perovskite were investigated. Replacing Mg with transition metal atoms enhanced the conducting properties of the phase but depressed its thermal stability. Substitution of Mo with Nb or W retained the good thermal stability of the parent phase but the conducting properties became significantly weaker. An entirely new series of double-perovskite derived layered transition metal oxides, (Sr1−xLax)3(Mg1/3+x/2Nb2/3−x/2)2O7 (0.15 ≤ x ≤ 0.33), was synthesised. Like in the double perovskites, the Mg and Nb atoms were found to be ordered in these new Ruddlesden–Popper structured phases too. Many layered transition metal oxides have been found to react with atmospheric moisture even at room temperature forming new layered compounds. In this work the effect of oxygen non-stoichiometry on the water reactivity of An+1BnO3n+1−δ Ruddlesden–Popper compounds was studied. A novel categorisation based on the crystal structure of the derivative phases was established, and the main factors affecting the reactivity were determined to be the A-site cation composition and oxygen stoichiometry of the compound. Reversible low-temperature oxygen absorption and desorption is needed in many important applications such as three-way catalysts. The layered perovskite-derived phases, Pb2CuSr2RCu2O8+δ, are promising oxygen-storage materials as they have been found to exhibit large oxygen absorption and desorption at relatively low temperatures. In this work it was shown that both the oxygen-storage capability and phase stability can be influenced by the selection of the rare-earth constituent R. en
dc.description.abstract Perovskiittioksidit ja niiden kerrosrakenteiset johdannaiset ovat laajalti tutkittu yhdisteryhmä erilaisiin käyttökohteisiin monipuolisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin useiden perovskiittipohjaisten yhdisteiden stabiilisuutta, kationijärjestäytymistä ja happiepästoikiometriaa sekä näiden muutoksia. Työssä tutkittiin erilaisten kationisubstituutioiden vaikutusta Sr2MgMoO6−δ-kaksoisperovskiitin kiderakenteeseen, termiseen stabiilisuuteen ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Korvattaessa Mg-atomit siirtymämetalleilla havaittiin, että johtavuusominaisuudet parantuivat mutta terminen stabiilisuus heikentyi huomattavasti. Toisaalta Mo-atomien osittainen korvaaminen Nb- tai W-atomeilla heikensi huomattavasti johtavuusominaisuuksia mutta säilytti hyvän termisen stabiilisuuden. Lisäksi syntetisoitiin aivan uusi sarja kaksoisperovskiittien kerrosrakenteisia johdannaisia, (Sr1−xLax)3(Mg1/3+x/2Nb2/3−x/2)2O7 (0.15 ≤ x ≤ 0.33). Kaksoisperovskiittien tapaan näissäkin yhdisteissä Mg- ja Nb-atomien havaittiin olevan järjestäytyneinä. Monien kerrosrakenteisten siirtymämetallioksidien on havaittu reagoivan ilmankosteuden kanssa jo huoneenlämpötilassa muodostaen uusia rakenteita. Tässä työssä selvitettiin niin sanottujen Ruddlesden–Popper-yhdisteiden, An+1BnO3n+1−δ, happipitoisuuden vaikutusta yhdisteiden reaktiivisuuteen veden kanssa. Reaktiossa muodostuneille johdannaisille luotiin uusi kiderakenteeseen perustuva luokittelu ja määriteltiin tärkeimpien reaktiivisuuteen vaikuttavien tekijöiden olevan A-hilapaikan kationikoostumus sekä yhdisteen happipitoisuus. Hapen palautuvalle absorptiolle ja desorptiolle matalissa lämpötiloissa on käyttöä monissa jokapäiväisissäkin sovelluksissa kuten katalyyteissä. Kerrosrakenteiset perovskiittijohdannaiset, Pb2CuSr2RCu2O8+δ, ovat lupaavia hapenvarastointimateriaaleja sillä ne kykenevät absorboimaan ja desorboimaan suuria määriä happea melko alhaisissa lämpötiloissa. Tässä työssä näytettiin että sekä hapen varastointikykyyn että yhdisteen hajoamislämpötilaan voidaan vaikuttaa harvinaisen maametallin R valinnalla. fi
dc.format.extent 128
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 118/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: Huang, Y. H., Liang, G., Croft, M., Lehtimäki, M., Karppinen, M., Goodenough, J. B., Double-perovskite anode materials Sr2MMoO6−δ (M = Co, Ni) for solid oxide fuel cells, Chemistry of Materials 21, 2319-2326 (2009).
dc.relation.haspart [Publication 2]: Vasala, S., Lehtimäki, M., Huang, Y. H., Yamauchi, H., Goodenough, J. B., Karppinen, M., Degree of order and redox balance in B-site ordered double-perovskite oxides, Sr2MMoO6−δ (M=Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn), Journal of Solid State Chemistry 183, 1007-1012 (2010).
dc.relation.haspart [Publication 3]: Vasala, S., Lehtimäki, M., Haw, S., Chen, J., Liu, R., Yamauchi, H., Karppinen, M., Isovalent and aliovalent substitution effects on redox chemistry of Sr2MgMoO6−δ SOFC-anode material, Solid State Ionics 181, 754-759 (2010).
dc.relation.haspart [Publication 4]: Lehtimäki, M., Yamauchi, H., Karppinen, M., Synthesis of novel Ruddlesden–Popper compounds, (Sr1−xLax)3(Mg1/3+x/2Nb2/3−x/2)2O7 (0.15 ≤ x ≤ 0.33), Solid State Ionics, 244, 1-4 (2013).
dc.relation.haspart [Publication 5]: Matvejeff, M., Lehtimäki, M., Hirasa, A., Huang, Y.-H., Yamauchi, H., Karppinen, M., New water-containing phase derived from the Sr3Fe2O7−δ Phase of the Ruddlesden-Popper Structure, Chemistry of Materials 17, 2775-2779 (2005).
dc.relation.haspart [Publication 6]: Lehtimäki, M., Hirasa, A., Matvejeff, M., Yamauchi, H., Karppinen, M., Water-containing derivative phases of the Srn+1FenO3n+1 series, Journal of Solid State Chemistry 180, 3247-3252 (2007).
dc.relation.haspart [Publication 7]: Lehtimäki, M., Yamauchi, H., Karppinen, M., Stability of Ruddlesden-Popper-structured oxides in humid conditions, Journal of Solid State Chemistry, 204, 95-101 (2013).
dc.relation.haspart [Publication 8]: Lehtimäki, M., Yamauchi, H., Karppinen, M., Oxygen absorption/desorption characteristics of Pb2CuSr2RCu2O8+δ, Solid State Ionics 182, 71-75 (2011).
dc.subject.other Chemistry en
dc.title Stability, cation ordering and oxygen non-stoichiometry of some perovskites and related layered oxides en
dc.title Joidenkin perovskiittien ja perovskiittijohdannaisten stabiilisuus, kationijärjestäytyminen ja happiepästoikiometria fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Kemian laitos fi
dc.contributor.department Department of Chemistry en
dc.subject.keyword double perovskite en
dc.subject.keyword perovskite derived oxide en
dc.subject.keyword Ruddlesden-Popper en
dc.subject.keyword solid oxide fuel cell en
dc.subject.keyword oxygen storage en
dc.subject.keyword thermogravimetry en
dc.subject.keyword chemical substitution en
dc.subject.keyword phase stability en
dc.subject.keyword water intercalation en
dc.subject.keyword kaksoisperovskiitti fi
dc.subject.keyword perovskiittijohdannainen fi
dc.subject.keyword Ruddlesden-Popper fi
dc.subject.keyword kiinteäoksidipolttokenno fi
dc.subject.keyword happivarasto fi
dc.subject.keyword termogravimetria fi
dc.subject.keyword kemiallinen substituutio fi
dc.subject.keyword faasin stabiilisuus fi
dc.subject.keyword veden interkalaatio fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5264-9
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Karppinen, Maarit, Academy Prof., Aalto University, Department of Chemistry, Finland
dc.opn Hayward, Michael, Dr., University of Oxford, United Kingdom
dc.date.dateaccepted 2013-06-18
dc.contributor.lab Laboratory of Inorganic Chemistry en
dc.contributor.lab Epäorgaanisen kemian laboratorio fi
dc.rev Knee, Christopher S., Dr., Chalmers University of Technology, Sweden
dc.rev Petrykin, Valery, Dr., SuperOx Japan LLC, Japan
dc.date.defence 2013-08-16


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account