Натрий кобальт оксиді - Sodium cobalt oxide

Натрий кобальт оксиді, деп те аталады натрий кобальтаты, -ның қосылыстарының кез-келгені натрий, кобальт, және оттегі жалпы формуламен Na
хCoO
2 0 <үшін х ≤ 1. Атау үшін де қолданылады гидратталған сол қосылыстардың формалары, Na
хCoO
2·жH
2O.

Сусыз қосылыс алғаш рет 1970 жылдары синтезделді.[1] Ол металл сияқты өткізеді және ерекше термоэлектрлік қасиеттері (0,5 ≤ x ≤ 0,75 үшін) үлкенді біріктіреді Зебек коэффициенті төмен қарсылық, 1997 жылы ашылған Ичиро Терасаки зерттеу тобы.[1] Гидрат түрі анықталды асқын өткізгіштік 5-тен төмен Қ.[1] Қосылыс және оның марганец аналогы, аналогқа арзан балама болуы мүмкін литий қосылыстар.[2]

Құрылым

Басқалар сияқты сілтілік -кобальт оксидтері, натрий кобальтаты қабатты құрылымға ие. Бір валентті натрий катиондарының қабаттары (Na+
) кобальт пен оттегі атомдарының екі өлшемді аниондық парақтарымен ауысады. Әрбір кобальт атомы октаэдр түзетін алты оттек атомымен байланысқан, екі беті қабат жазықтығына параллель. Октаэдралардың шеттері ортақ, нәтижесінде кобальт атомдарының қабаты екі қабатты оттегі атомдарының арасында орналасқан, үшеуі де үшбұрышты шамамен жазықтық торымен.[1] Құрылымы еске түсіреді купрат суперөткізгіштер, тек мыс соңғысында атомның орналасуы - төртбұрышты тор.[1]

Кобальт атомдарының формальды тотығу дәрежесі 4−х. Атап айтқанда, толық тотықсызданған қосылыс NaCoO
2 деп түсіндіруге болады Na+
·Co3+
·(O2−
)
2. Қосылыс тотыққан кезде құрылымнан натрий катиондары шығады, ал кобальт формальды түрде жақындайды Co4+
 мемлекет.

Үшін х натрий иондары 0,5-тен жоғары болса, онда Na иондары екі эквивалентті алатын көптеген әр түрлі құрылымдарды қолданады Wyckoff сайттары, P6 ғарыштық тобының 2b және 2d3/ ммк. Жылы гальваностатикалық тәжірибелер, келісімдер нақты мәндерге ауысады х құрамында натрий бар электролиттік әр түрлі. The диффузия жылдамдығы функциясы ретінде кескінделген иондардың х, күрт құлдырауды көрсетеді (шамамен 10-нан)−7 10-ға дейін−10 см2/с қоршаған орта температурасында) мәндерінде х белгілі бір тұрақты келісімдерге сәйкес келеді, атап айтқанда 1/3, 1/2 және 5/7. 5/9 сияқты кейбір қарапайым қатынастардың айналасында кішірек және кең құлдырау байқалады.[2]

Үшін х = 0,8, 100-де Қ натрий қабатындағы бос орындар үш кластерден тұрады. Кластерлер жолақтар түрінде орналасады, көршілес жолақтардағы кластерлер арасында белгіленген жылжу бар. Бұл жағдайда натрий атомдарының диффузия жылдамдығы минималды болады. 290 К шамасында құрылым ішінара тәртіпсіз болады, көршілес жолақтар арасындағы жылжу кездейсоқ болады. олардың квазиге мүмкіндік беретін арналарын құрубір өлшемді диффузия. Натрий торы 370 К шамасында «ериді», бұл екі өлшемді диффузияға мүмкіндік береді.[2]

Қалай х артады, негізгі кристалл жазықтықтары бойымен өткізгіштік жоғарылайды, шамамен х = 0,85, және шамамен тәуелді емес х содан кейін. Жоғары концентрациядағы температураға тәуелділік металл сипатына ие. The жылу қуаты S ұлғаяды х 0,97 дейін, бірақ жоғарыраққа төмендейді х. Әрбір композиция үшін температура функциясы ретінде ол шамамен 130 К дейін тез өседі, содан кейін біртіндеп төмендейді. Еңбектің мәні З = S/ ρκ (мұндағы ρ - жазықтықтағы қарсылық және κ бұл жылу өткізгіштік ) максимум х шамамен 0,89 шамамен 65 К.[3]

Дайындық

Толығымен тотықсыздандырылған қосылыс NaCoO
2 стехиометриялық мөлшерін еріту арқылы дайындауға болады натрий ацетаты C
2H
3O
2Na және кобальт тартраты C
4H
4O
6Co жылы этанол алынған гельді кептіріп, калькуляциялап, оны 650 ° C температурада күйдіретін гельдік агентпен.[4]

Қосылыс Na
0.5CoO
2 (немесе NaCo
2O
4) металл кобальт ұнтағынан ені 6 мм-ге дейінгі тромбоциттер түрінде балқытылған күйде алуға болады натрий хлориді және натрий гидроксиді 550 ° C температурада.[5]

Қосылыс Na
хCoO
2 бірге х шамамен 0,8 қоспасын өңдеу арқылы алуға болады натрий карбонаты Na
2CO
3 және кобальт (II, III) оксиді Co
3O
4 850-1050 ° C температурада.[6] -Ның жалғыз кристалдары Na
0.8CoO
2 арқылы өсіруге болады оптикалық өзгермелі аймақ техника.[2]

Жоғары мәндері х термиялық өсірілген кристалдарын батыру арқылы алуға болады Na
0.71CoO
2 натрий металынан дайындалған ыстық ерітіндіде және бензофенон жылы тетрагидрофуран бірнеше күн бойы 100-де C.[3]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в г. e Барбара Госс Леви (2003), «Қызықты қасиеттер натрий кобальт оксидін көпшіліктің назарына қояды». Бүгінгі физика, 56 том, 8 шығарылым, 15 бет. дои:10.1063/1.1611341
  2. ^ а б в г. Т. Дж.Уиллис, Д.Г. Портер, Д.Дж. Вонешен, С.Утхаякумар, Ф. Деммел, М. Дж. Гутманн, К. Рефсон және Дж. П. Гофф (2018) Ғылыми баяндамалар, 8 том, есеп 3210. дои:10.1038 / s41598-018-21354-5
  3. ^ а б Минхия Ли, Лилиана Висиу, Лули Яюванг, М.Л. Фу, С. Ватаучи, Р.А. Паскаль кіші, Р. Дж. Кава және Н. П. Онг (2006): «Термоэлектр қуатын кеңейту Na
    х    CoO
    2     допингтің жоғары деңгейінде ». Табиғат материалдары хаттары, 6 том, 537-540 беттер, дои:10.1038 / nmat1669
  4. ^ Нур Хайрани Самин, Рошидах Русди, Норашикин Камарудин және Норлида Камарулзаман (2012), «Натрий кобальт оксидтерінің синтезі және батареяны зерттеу, NaCoO
    2    ". Жетілдірілген материалдарды зерттеу, 545 том, 185-189 беттер. дои:10.4028 / www.scientific.net / AMR.545.185
  5. ^ Сяофенг Тан (2005), «Натрий кобальт оксиді термоэлектрлік материалдардың синтезі және қасиеттері ". Зерттеу қақпасы, қол жеткізілді 2018-04-09.
  6. ^ И.Ф.Гилмутдинов, И.Р.Мухамедшин, Ф.Рулье-Альбенк, Х.Аллол (2017), «Натрий кобалтатының синтезі Na
    х    CoO
    2     реттелетін Na ретті кристалдары] ». arXiv:1711.01611