Фазообразование в тройных системах оксидов натрия, редкоземельного металла (скандия, индия, иттербия) и бора
https://doi.org/10.21285/achb.974
EDN: GKTMGL
Аннотация
Целью проведенного исследования являлось изучение фазовых равновесий в системах Na2O–R2O3–B2O3 (R = In, Sc, Yb). Взаимодействия в системах изучались методом твердофазных реакций. Впервые изучено фазообразование в тройных системах оксидов натрия, редкоземельного металла (скандия, индия, иттербия) и бора в субсолидусной области в интервале температур 700–750 °С. Построены предварительные триангуляции изученных систем. Изотермические сечения систем Na2O–R2O3–B2O3 (R = In, Sc, Yb) при 750 °С представлены восемью, тринадцатью и одиннадцатью треугольниками сосуществующих фаз соответственно. В ходе работы в системе Na2O–Sc2O3–B2O3 нами подтверждено образование трех известных двойных боратов натрия-скандия следующих составов: Na3Sc(BO3)2, Na3Sc2(BO3)3, NaScB2O5. Установлено образование двойного бората натрия-скандия ориентировочного состава Na3ScB8O15, которое проиндицировалось в моноклинной сингонии (ориентировочная пространственная группа симметрии Сс). Уточнение параметров элементарной ячейки проведено методом Ле-Бейля: a = 12,625(6), b = 7,725(2), c = 10,409(3), β = 53,19(2)°. Система Na2O– Yb2O3–B2O3 содержит три новых двойных бората: составов Na3Yb(BO3)2, Na3YbB8O15 и состава, близкого к стехиометрическому соотношению Na2O•Yb2O3•B2O3. Впервые экспериментально показано образование соединений: Na3YbB8O15 изоструктурного Na3GdB8O15 и Na3Yb(BO3)2 изоформульного, но не изоструктурного Na3Y(BO3)2. Тройная оксидная система с индием оказалась эвтектичной, то есть без образования двойных боратов натрия-индия.
Ключевые слова
тройные оксидные системы,
двойные бораты натрия и редкоземельных металлов,
твердофазный синтез,
рентегенофазовый анализ,
автоиндицирование
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 23-23-00451).
Об авторах
А. К. Субанаков
Байкальский институт природопользования СО РАН; Бурятский государственный университет им. Доржи Банзарова
Россия
Россия
Субанаков Алексей Карпович, к.х.н., заведующий лабораторией; старший преподаватель
670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6;
670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а
Е. В. Ковтунец
Байкальский институт природопользования СО РАН
Россия
Россия
Ковтунец Евгений Викторович, научный сотрудник
670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6
А. Н. Соболев
Бурятский государственный университет им. Доржи Банзарова
Россия
Россия
Соболев Андрей Николаевич, лаборант
670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а
А. С. Танхаева
АО «Хиагда»
Россия
Россия
Танхаева Алтана Сергеевна, ведущий инженер
671510, пос. Багдарин
Список литературы
1. Chen C., Sasaki T., Li R., Wu Y., Lin Z., Mori Y., et al. Nonlinear optical borate crystals: principles and applications. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2012, 406 p. DOI: 10.1002/9783527646388.
2. Mutailipu M., Poeppelmeier K.R., Pan S. Borates: a rich source for optical materials. Chemical Reviews. 2021;121(3):1130-1202. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00796.
3. Omanwar S.K., Sonekar R.P., Bajaj N.S. Borate phosphors: processing to applications. Boca Raton: Imprint CRC Press; 2022, 320 p. DOI: 10.1201/9781003207757.
4. Sharma L., Adiga S.P., Alshareef H.N., Barpanda P. Fluorophosphates: next generation cathode materials for rechargeable batteries. Advanced Energy Materials. 2020;10(43):2001449. DOI: 10.1002/aenm.202001449.
5. Yang S.-H., Xue H., Guo S.-P. Borates as promising electrode materials for rechargeable batteries. Coordination Chemistry Reviews. 2021;427:213551. DOI: 10.1016/j.ccr.2020.213551
6. Yu H., Pan Z., Zhang H., Wang J. Recent advances in self-frequency-doubling crystals. Journal of Materiomics. 2016;2(1):55-65. DOI: 10.1016/j.jmat.2015.12.001.
7. Mascetti J., Vlasse M., Fouassier C. The crystal chemistry of the new rare-earth sodium borates Na3Ln(BO3)2 (Ln = La, Nd). Journal of Solid State Chemistry. 1981;39(3):288-293. DOI: 10.1016/0022-4596(81)90262-0.
8. Mascetti J., Fouassier C., Hagenmuller P. Concentration quenching of the Nd3+ emission in alkali rare earth borates. Journal of Solid State Chemistry. 1983;50(2):204-212. DOI: 10.1016/0022-4596(83)90189-5.
9. Wang Z., Li H., Cai G., Jin Z. Synthesis, crystal structure, and thermal stability of new borates Na3REB2O6 (RE = Pr, Sm, Eu). Powder Diffraction. 2016;31(2):110-117. DOI: 10.1017/s0885715616000051.
10. Zhang Y., Chen X.L., Liang J.K., Xu T. Synthesis and structural study of new rare earth sodium borates Na3Ln(BO3)2 (Ln = Y, Gd). Journal of Alloys and Compounds. 2002;333(1-2): 72-75. DOI: 10.1016/S0925-8388(01)01689-9.
11. Fang J., Zhang X., Yao J., Zhang G., Wang K. Trisodium scandium bis(orthoborate). Acta Crystallographica Section E. 2012;68(36). DOI: 10.1107/S1600536812015061.
12. Becker P., Held P. Crystal structure of sodium scandium borate, NaScB2O5. Zeitschrift für Kristallographie – New Crystal Structures. 2001;216 (1-4):35. DOI: 10.1524/ncrs.2001.216.14.35.
13. Becker P., Fröhlich R. Crystal structure of trisodium gallium borate, Na3GaB4O9, a new anhydrous borate structure type. Zeitschrift für Kristallographie – New Crystal Structures. 2001;216(1-4):31-32. DOI: 10.1524/ncrs.2001.216.14.31.
14. Zhou W.W., Zhuang R.Z., Zhao W., Wang G.F., Zhang L.Z., Ma J.G., et al. Second harmonic generation in Na3Gd2(BO3)3 crystals. Crystal Research and Technology. 2011;46(9):926-930. DOI: 10.1002/crat.201100077.
15. Yang Z., Ye N., Keszler D.A. Na3Sc2(BO3)3. Acta Crystallographica Section E. 2006;62(12):266-268. DOI: 10.1107/S1600536806036737.
16. Nagpure P.A., Omanwar S.K. Synthesis and photoluminescence study of rare earth activated phosphor Na2La2B2O7. Journal of Luminescence. 2012;132(8):2088-2091. DOI: 10.1016/j.jlumin.2012.03.068.
17. Shan F., Zhang G., Yao J., Xu T., Zhang X., Fu Y., et al. Growth, structure, and optical properties of a self-activated crystal: Na2Nd2O(BO3)2. Optical Materials. 2015;46:461-466. DOI: 10.1016/j.optmat.2015.05.004.
18. Corbel G., Leblanc M., Antic-Fidancev E., Lemaı̂tre- Blaise M. Crystal structure of sodium rare earth oxyborates Na2Ln2(BO3)2O (Ln = Sm, Eu, and Gd) and optical analysis of Na2Gd2(BO3)2O:Eu3+. Journal of Solid State Chemistry. 1999;144(1):35-44. DOI: 10.1006/jssc.1998.8107.
19. Jia Z., Xia M. Congruent melt terbium-rich borate Na2Tb2B2O7: synthesis, crystal structure, optical and magnetic properties. Journal of Alloys and Compounds. 2018;743:537-542. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.02.031.
20. Soni A.K., Rai V.K., Mahata M.K. Yb3+ sensitized Na2Y2B2O7:Er3+ phosphors in enhanced frequency upconversion, temperature sensing and field emission display. Materials Research Bulletin. 2017;89:116-124. DOI: 10.1016/j.materresbull.2017.01.009.
21. Corbel G., Leblanc M. Crystal structure of Na2M2(BO3)2O (M = Al, Ga); comparison with other layered oxyborates and SiP2O7. Journal of Solid State Chemistry. 2000;154(2):344-349. DOI: 10.1006/jssc.2000.8792.
22. He M., Chen X.L., Zhou T., Hu B.Q., Xu Y.P., Xu T. Crystal structure and infrared spectra of Na2Al2B2O7. Journal of Alloys and Compounds. 2001;327(1-2):210-214. DOI: 10.1016/s0925-8388(01)01561-4.
23. Shan F., Kang L., Zhang G., Yao J., Lin Z., Xia M., et al. Na3Y3(BO3)4: a new noncentrosymmetric borate with an open-framework structure. Dalton Transactions. 2016;45(17):7205-7208. DOI: 10.1039/C6DT00950F.
24. Gravereau P., Chaminade J.-P., Pechev S., Nikolov V., Ivanova D., Peshev P. Na3La9O3(BO3)8, a new oxyborate in the ternary system Na 2O–La2O3–B2O3: preparation and crystal structure. Solid State Sciences. 2002;4(7):993-998. DOI: 10.1016/S1293-2558(02)01344-4.
25. Shan F., Xia M., Zhang G., Yao J., Zhang X., Xu T., et al. Growth, structure, and optical properties of a self-activated crystal: Na3Nd9O3(BO3)8. Solid State Sciences. 2015;41:31-35. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2015.02.002.
26. Zhang J.-C., Wang Y.-H., Zhang Z.-Y., Xie P., Li H.-H., Jiang Y.-P. Vacuum ultraviolet excited photoluminescence properties of novel Na3Y9O3(BO3)8:Tb 3+ phosphor. Chinese Physics Letters. 2008;25(4):1453. DOI: 10.1088/0256-307X/25/4/078.
27. Bi W.Y., Wang W., Zhang R.J. New red phosphor Na3EuB8O15 with an open-window tubular structure. Acta Crystallographica. Section C, Structural Chemistry. 2021;77(5):235-239. DOI: 10.1107/S2053229621004071.
28. Zhao D., Li Y.-N., Fan Y.P., Liu B., Zhang S.-R., Zhang R.-J. Crystal structure, theoretical studies and luminescent properties of a new borate Na3GdB8O15 with one-dimensional broad-banded anionic framework. Dalton Transactions. 2020;49(37):13167-13175. DOI: 10.1039/D0DT02586K.
29. Jiao J., Jin W., Zhang M., Guo Z., Yang Z., Pan S. From β-Na2B6O10 to Na3AlB8O15 and Na3Al2B7O15: structural tuning of anionic-group architectures by substitution of [BO4] by [AlO4] covalent tetrahedra. Chemistry: a European journal. 2022;28(4):e202103966. DOI: 10.1002/chem.202103966.
30. Hoppe R., Schepers B., Roehrborn H.J., Vielhaber E. Über oxoscandate: LiScO2 und NaScO2. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1965;339(3-4):130-143. DOI: 10.1002/ZAAC.19653390304.
31. Hoppe R., Schepers B. Über Alkaliindate: LilnO2 und NalnO2. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1958;295(3-4):233-240. DOI: 10.1002/ZAAC.19582950310.
32. Keszler D.A., Sun H. Structure of ScBO3. Acta Crystallographica, Section C Crystal Structure Communications. 1988;44(9):1505-1507. DOI: 10.1107/S0108270188005086.
33. Cox J.R., Keszler D.A. InBO3. Acta Crystallographica, Section C Crystal Structure Communications. 1994;50(12):1857-1859. DOI: 10.1107/s0108270194003999.
34. Kargin Yu.F., Egorysheva A.V. Phase relations in the solidus region of the Na2O–Bi2O3–B2O3 system. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2005;50(12):1942-1945.
35. Asadov M.M., Akhmedova N.A., Mamedova S.R., Tagiev D.B. Phase equilibria thermodynamic analysis, and electrical properties of samples in the system Li2O–B2O3–Yb2O3. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2020;65(7):1061-1068. DOI: 10.1134/S0036023620070013.
36. Subanakov A.K., Kovtunets E.V., Bazarov B.G., Bazarova J.G. Double borates of potassium (rubidium) and rare-earth elements. Journal of Structural Chemistry. 2022;63(7):1153-1169. DOI: 10.1134/S0022476622070101.
37. Subanakov A.K., Kovtunets E.V., Bazarov B.G., Bazarova J.G. Synthesis, crystal structure, and thermal stability of double borate Na3ErB2O6. Chimica Techno Acta. 2021;8(4):1-5. DOI: 10.15826/chimtech.2021.8.4.02.
Рецензия
Для цитирования:
Субанаков А.К., Ковтунец Е.В., Соболев А.Н., Танхаева А.С. Фазообразование в тройных системах оксидов натрия, редкоземельного металла (скандия, индия, иттербия) и бора. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. https://doi.org/10.21285/achb.974. EDN: GKTMGL
For citation:
Subanakov A.K., Kovtunets E.V., Sobolev A.N., Tankhaeva A.S. Phase formation in ternary systems of sodium, rare-earth (scandium, indium, and ytterbium), and boron oxides. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.974. EDN: GKTMGL
Просмотров:
39
Послать статью по эл. почте 