BaIn_1-xFe_xO_3-δ的合成、结构和磁性

【作者】 杨承旭； 薛塘川； 李国宝； 何云； 廖复辉； 林建华；

【机构】 化学与分子工程学院,北京大学； 物理和材料科学学院,武汉理工大学； 物理与电子工程学院,广西师范大学；

【摘要】 能源问题给我们现代社会带来了能源危机和环境污染等迫切的挑战,迫使人们采用诸多的努力去开发各种环保节能的技术及新型能源技术。燃料电池技术就是其中的一种提高能源利用效率和降低污染的技术。简单而言,燃料电池可分为低温、中温和高温三大类。中高温燃料电池主要使用纯氧离子导体作为电池阴阳极的隔膜。虽然Ba₂In₂O₅本身的氧离子导电性很低,但经过适当的掺杂,可以获得很好的氧离子导电性。当在In的位置掺入Ce,Zr,Hf,P,Si,Sn,Ti,V,Mo,或W时¹,可以得到氧离子迁移数很接近1的材料,是很好的中高温燃料电池的隔膜材料。但在In的位置掺入Mn等过渡金属元素²,则可以获得氧离子迁移数小于1且电子导电性良好的材料,可以用作中高温燃料电池的电极材料。由此在In的位置掺入其他过渡金属元素的研究也受到了关注。本文首先利用高温固相法合成了BaIn_1-xFe_xO_3-δ（0.2≤x≤0.8）固熔体,随后用穆斯堡尔谱、磁性测量及X射线、中子及电子衍射技术研究了该固熔体的结构和反铁磁相变,导电性的研究正在进行之中。图1为样品B4(BaIn_1-xFe_xO_3-δ,x=0.30)和B9(BaIn_1-xFe_xO_3-δ,x=0.80)的电子衍射图。结合X射线衍射等数据和图1显示的消光规律,我们认为应当用Pmmm空间群（a≈b≈c≈4A）来描述该固溶体的结构。图2是样品B4和B9在室温及80K时获得的穆斯堡尔谱。这些谱图都可以用两套双线谱来拟合。一套双线谱的同质异能约为0.25mm·s^-1,被认为是六配位的Fe³⁺引起的。另一套双线谱的同质异能约为0.0mm·s^-1,被认为是六配位的Fe⁴⁺贡献的。这样就确定了BaIn_1-xFe_xO_3-δ固熔体同时存在Fe³⁺和Fe⁴⁺离子。双线谱的存在还表明在80K以上该固熔体为顺磁化合物,且该固溶体不具有立方对称性。这与我们的磁性测量数据及结构分析的结果相吻合。更多还原