Oxid kobaltnatý sodný - Sodium cobalt oxide

Oxid kobaltnatý sodný, také zvaný kobaltan sodný, je některá z řady sloučenin sodík, kobalt, a kyslík s obecným vzorcem Na
XVrkat
2 pro 0 < X ≤ 1. Název se také používá pro hydratovaný formy těchto sloučenin, Na
XVrkat
2·yH
2Ó.

Bezvodá sloučenina byla poprvé syntetizována v 70. letech.[1] Diriguje jako kov a má výjimečné vlastnosti termoelektrický vlastnosti (pro 0,5 ≤ x ≤ 0,75) kombinující velkou Seebeckův koeficient s nízkou odpor, jak objevil v roce 1997 Ichiro Terasaki výzkumná skupina.[1] Bylo zjištěno, že jde o hydrátovou formu supravodivé pod 5 K..[1] Sloučenina a její analog manganu, může být levnější alternativou k obdobným lithium sloučeniny.[2]

Struktura

Jako ostatní alkálie -oxidy kobaltu, kobaltan sodný má vrstevnatou strukturu. Vrstvy jednomocných sodných kationtů (Na+
) střídají s dvourozměrnými aniontovými vrstvami atomů kobaltu a kyslíku. Každý atom kobaltu je vázán na šest atomů kyslíku tvořících osmistěn se dvěma stranami rovnoběžnými s rovinou vrstvy. Oktaedry sdílejí hrany, což vede k vrstvě atomů kobaltu vložených mezi dvě vrstvy atomů kyslíku, všechny tři s pravidelnou trojúhelníkovou zhruba rovinnou mřížkou.[1] Struktura připomíná cuprate supravodiče, kromě toho, že měď Uspořádání atomů v druhé je čtvercová mřížka.[1]

Atomy kobaltu mají formální oxidační stav 4−X. Totiž plně redukovaná sloučenina NaCoO
2 lze interpretovat jako Na+
·Spol3+
·(Ó2−
)
2. Jak je sloučenina oxidována, sodné kationty opouštějí strukturu a kobalt se formálně přibližuje k Spol4+
 Stát.

Pro X nad 0,5, sodné ionty přijímají mnoho různých uspořádání, ve kterých ionty Na zabírají dva nerovnoměrné Wyckoff stránky, 2b a 2d, vesmírné skupiny P63/ mmc. v galvanostatický experimenty, přechod uspořádání při konkrétních hodnotách X protože obsah sodíku je elektrolyticky pestrý. The rychlost difúze iontů, vyneseno jako funkce X, vykazuje ostré poklesy (přibližně od 10−7 do 10−10 cm2/s při teplotě okolí) při hodnotách X které odpovídají konkrétním pravidelným ujednáním, konkrétně 1/3, 1/2 a 5/7. Menší a širší poklesy jsou pozorovány kolem některých dalších jednoduchých poměrů, například 5/9.[2]

Pro X = 0,8, při 100 K. volná místa ve vrstvě sodíku jsou uspořádána do shluků po třech. Klastry jsou uspořádány do pruhů s pevným odsazením mezi klastry v sousedních pruzích. Za těchto podmínek je rychlost difúze atomů sodíku minimální. Při asi 290 K se struktura stává částečně neuspořádanou, přičemž posun mezi sousedními pruhy se stává náhodným. vytváření kanálů, které umožňují jejichjednorozměrný difúze. Sodná mřížka „taje“ při asi 370 K, což umožňuje dvourozměrnou difúzi.[2]

Tak jako X se zvyšuje, zvyšuje se vodivost podél hlavních krystalických rovin, přibližně do X = 0,85 a je zhruba nezávislý na X poté. Teplotní závislost při těchto vyšších koncentracích má kovový charakter. The tepelná energie S se zvyšuje s X až 0,97, ale klesá na vyšší X. U každé směsi se v závislosti na teplotě rychle zvyšuje až na přibližně 130 K a poté postupně klesá. Postava zásluh Z = S/ ρκ (kde ρ je rovina v rovině odpor a κ je tepelná vodivost ) je maximální pro X přibližně 0,89 při přibližně 65 K.[3]

Příprava

Plně redukovaná sloučenina NaCoO
2 může být připraven rozpuštěním stechiometrických množství octan sodný C
2H
3Ó
2Na a kobalt vinan C
4H
4Ó
6Spol v ethanol s gelujícím činidlem, vysušením a kalcinací výsledného gelu a žíháním při 650 ° C.[4]

Sloučenina Na
0.5Vrkat
2 (nebo NaCo
2Ó
4) lze získat ve formě destiček o šířce až 6 mm z kovového kobaltového prášku zpracováním roztaveným materiálem chlorid sodný a hydroxid sodný při 550 ° C.[5]

Sloučenina Na
XVrkat
2 s X asi 0,8 lze získat zpracováním směsi uhličitan sodný Na
2CO
3 a oxid kobaltu (II, III) Spol
3Ó
4 při 850-1050 ° C.[6] Monokrystaly z Na
0.8Vrkat
2 mohou být pěstovány optická plovoucí zóna technika.[2]

Vyšší hodnoty X lze získat ponořením tepelně pěstovaných krystalů Na
0.71Vrkat
2 v horkém roztoku připraveném z kovového sodíku a benzofenon v tetrahydrofuran několik dní na 100 C.[3]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Barbara Goss Levi (2003), „Zajímavé vlastnosti, které dávají oxid kobaltnatý sodný do centra pozornosti“. Fyzika dnes, svazek 56, číslo 8, strana 15. doi:10.1063/1.1611341
  2. ^ A b C d T. J. Willis, D. G. Porter, D. J. Voneshen, S. Uthayakumar, F Demmel, M. J. Gutmann, K. Refson a J. P. Goff (2018) „Difúzní mechanismus v sodno-iontovém bateriovém materiálu kobaltanu sodném“. Vědecké zprávy, svazek 8, zpráva 3210. doi:10.1038 / s41598-018-21354-5
  3. ^ A b Minhyea Lee, Liliana Viciu, Luli Yayuwang, M. L. Foo, S. Watauchi, R. A. Pascal Jr., R. J. Cava a N. P. Ong (2006): „Velké vylepšení tepelné energie v Na
    X    Vrkat
    2     při vysokém Na dopingu “. Přírodní materiály dopisy, svazek 6, strany 537-540, doi:10.1038 / nmat1669
  4. ^ Nur Khairani Samin, Roshidah Rusdi, Norashikin Kamarudin a Norlida Kamarulzaman (2012), „Synthesis and Battery Studies of Sodium Cobalt Oxides, NaCoO
    2    ". Pokročilý výzkum materiálů, svazek 545, strany 185-189. doi:10.4028 / www.scientific.net / AMR.545.185
  5. ^ Xiaofeng Tang (2005), "Syntéza a vlastnosti termoelektrických materiálů na bázi oxidu kobaltnatého ". Research Gate, zpřístupněno 9. 4. 2018.
  6. ^ I. F. Gilmutdinov, I. R. Mukhamedshin, F. Rullier-Albenque, H. Alloul (2017), „Syntéza kobaltanu sodného Na
    X    Vrkat
    2     monokrystaly s řízeným uspořádáním Na] ". arXiv:1711.01611