Conversion of Cr(III) and Co(III) During the Synthesis of Co/Cr Codoped Bismuth Niobate Pyrochlore According to NEXAFS Data

Abstract

Cubic pyrochlore of the composition Bi2Co0.5Cr0.5Nb2O9+∆ (sp. gr. Fd-3m, a = 10.4838(8) ˚A) was synthesized in several stages using a solid-phase reaction from oxide precursors at a final temper- ature of 1050 ◦С. Using NEXAFS spectroscopy data, the electronic state of cobalt and chromium ions during the synthesis process was studied. It has been established that before the formation of phase- pure pyrochlore, Cr(III) ions are converted to Cr(VI), and then again to Cr(III); Cobalt ions Co(III) are reduced to Co(II). NEXAFS Cr2p spectra of ceramics synthesized at 650 ◦С, according to the main characteristics of the spectrum, coincide with the spectrum of K2Cr2O7 and indicate the chromium content in the oxide ceramics in the form of tetrahedral CrO2 4 ions, and according to the nature of the Co2p spectrum, cobalt ions are in the Co(II) state and Co(III). In the composition of pyrochlore Bi2Co0.5Cr0.5Nb2O9+∆, synthesized at 1050 ◦С, cobalt and chromium appear predominantly in the form of Co(II) and Cr(III) ions. Analysis of phase transformations showed that changes in the oxidation state of transition element ions and the color of ceramics are associated with the formation of intermediate synthesis products

Кубический пирохлор состава Bi2Co0.5Cr0.5Nb2O9+∆ (пр.гр. Fd-3m, а = 10.4838(8) ˚A) синтезировали в несколько этапов методом твердофазной реакции из оксидных прекурсоров при финальной температуре 1050 ◦С. По данным NEXAFS-спектроскопии исследовано электронное со- стояние ионов кобальта и хрома в процессе синтеза. Установлено, что до формирования фазовочи- стого пирохлора ионы Cr(III) превращаются в Сr(VI), а затем снова в Cr(III); ионы кобальта Co(III) восстанавливаются до Сo(II). NEXAFS Cr2p-спектры керамики, синтезированной при 650 ◦С, по основным характеристикам спектра совпадают cо спектром K2Cr2O7 и свидетельствуют о содержа- нии хрома в оксидной керамике в виде тетраэдрических ионов CrO2 4 , а по характеру Co2p-спектра ионы кобальта находятся в состоянии Co(II) и Сo(III). В составе пирохлора Bi2Co0.5Cr0.5Nb2O9+∆, синтезированного при 1050 ◦С, кобальт и хром проявляются преимущественно в виде ионов Co(II) и Сr(III). Анализ фазовых превращений показал, что изменение степени окисления ионов переходных элементов и цвета керамики связано с образованием промежуточных продуктов синтеза