Термодинамическое исследование системы BiSI–BiSeI методом электродвижущих сил

Авторы

  • Аббас Афтандил Гурбанов Гянджинский государственный университет, пр. Г. Алиева, 187, Гянджа AZ-2000, Азербайджан
  • Эльвин Джаваншир Ахмедов Институт химии Пр. Г. Джавида, 113, Баку AZ-1143, Азербайджан
  • Гюнтекин Миралам Шукурова Бакинский государственный университет, ул. З. Xалилова 23, Баку AZ- 1148, Азербайджан
  • Исфандияр Джавид Алвердиев Гянджинский государственный университет, пр. Г. Алиева, 187, Гянджа AZ-2000, Азербайджан
  • Ясин Иса Джафаров Бакинский государственный университет, ул. З. Xалилова 23, Баку AZ- 1148, Азербайджан

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13590

Ключевые слова:

тиойодид и селенойодид висмута, диаграмма состояния, твердые растворы, метод ЭДС, термодинамические функции, ионная жидкость

Аннотация

Цель статьи: Халькогалогениды элементов подгруппы мышьяка и твердые растворы на их основе представляют большой интерес как функциональные материалы, демонстрирующие термоэлектрические, фотоэлектрические, пьезоэлектрические, оптические и др. свойства. В данной работе представлены результаты исследования термодинамических свойств соединений BiSI, BiSeI и твердых растворов BiS1–xSexI методом электродвижущих сил (ЭДС).

Экспериментальная часть: Для проведения исследований были составлены концентрационные цепи типа: (–) Bi (тв) / жидкий электролит, Bi3+/(Bi в сплаве) (тв) (+)

и измерены их ЭДС в интервале температур 300–370 К. В качестве электролита была использована ионная жидкость, а именно формиат морфолина. Для выбора составов правых электродов методом рентгенофазового анализа из- учены твердофазные равновесия в системе BiSI-BiSeI-BiI3. Показано, что непрерывные твердые растворы граничной системы BiSI-BiSeI образуют стабильные коноды с BiI3. С использованием этих данных и литературных сведе- ний по граничным системам построен фрагмент диаграммы твердофазных равновесий системы Bi-S-Se-I, на основании которой в качестве электрод-сплавов указанных концентрационных цепей выбраны твердые растворы BiS1-xSexI различных составов с 2–3 мол. % избытком BiI3 и S1-xSex. Из полученных пар значений Е (мВ) и Т (К) вычислены парциальные молярные функции висмута в сплавах.

Выводы: Построенная фазовая диаграмма позволила определить виртуальные реакции потенциалобразования, соответствующие указанным парциальным молярным функциям и рассчитать стандартные термодинамические функции образования и стандартные энтропии тио- и селенойидида висмута и твердых растворов BiS1–xSexI. При проведении расчетов использованы литературные данные по соответствующим стандартным интегральным тер- модинамическим функциям соединения BiI3 и сплавов S1-xSex, участвующих в реакциях потенциалобразования. Термодинамические функции соединений BiSI и BiSeI сопоставлены с имеющимися отрывочными литературными данными, а для твердых растворов определены впервые

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Аббас Афтандил Гурбанов, Гянджинский государственный университет, пр. Г. Алиева, 187, Гянджа AZ-2000, Азербайджан

    аспирант, Гянджинский государственный университет (Гянджа, Азербайджан)

  • Эльвин Джаваншир Ахмедов, Институт химии Пр. Г. Джавида, 113, Баку AZ-1143, Азербайджан

    к. х. н., вед. н. с., Институт химии (Баку, Азербайджан)

  • Гюнтекин Миралам Шукурова, Бакинский государственный университет, ул. З. Xалилова 23, Баку AZ- 1148, Азербайджан

    к. х. н., Бакинский государственный университет (Баку, Азербайджан)

  • Исфандияр Джавид Алвердиев, Гянджинский государственный университет, пр. Г. Алиева, 187, Гянджа AZ-2000, Азербайджан

    д. х. н., доцент, декан факультета химии и биологии, Гянджинскиий государственный университет (Ганджа, Азербайджан)

  • Ясин Иса Джафаров, Бакинский государственный университет, ул. З. Xалилова 23, Баку AZ- 1148, Азербайджан

    д. х. н., профессор, Бакинский государственный университет (Баку, Азербайджан)

Библиографические ссылки

1. Mistewicz K., Das T. K., Nowacki B., … Masiuchok O. Bismuth sulfoiodide (BiSI) nanorods: synthesis, characterization, and photodetector application. Scientific Reports. 2023;13: 8800. https://doi.org/10.1038/s41598-023-35899-7

2. Peng B., Xu K., Zhang H., … Soukoulis C. M. 1D SbSeI, SbSI, and SbSBr with high stability and novel properties for microelectronic, optoelectronic, and thermoelectric applications. Advanced Theory and Simulation. 2018;1(1): 1700005. https://doi.org/10.1002/adts.201700005

3. Ganose A. M., Butler K. T., Walsh A., Scanlon D. O. Relativistic electronic structure and band alignment of BiSI and BiSeI: candidate photovoltaic materials. Journal of Materials Chemistry A. 2016;4: 2060–2068. https://doi.org/10.1039/C5TA09612J

4. Koc H., Palaz S., Mamedov A. M., Ozbay E. Optical, electronic, and elastic properties of some A5B6C7 ferroelectrics (A=Sb, Bi; B=S, Se; C=I, Br, Cl): first principle calculation. Ferroelectrics. 2017;511: 32–34. https://doi.org/10.1080/00150193.2017.1332967

5. Xiong G. H., Liu T., Huang H. H., Wang J. Thermoelectric properties of Janus BiXI (X = S and Se) monolayers: a firstprinciples study. Journal of Applied Physics. 2024;136(18): 185102. https://doi.org/10.1063/5.0221109

6. Khan W., Hussain S., Minar J., Azam S. Electronic and thermoelectric properties of ternary chalcohalide semiconductors: first principles study. Journal of Electronic Materials. 2018;47: 1131–1139. https://doi.org/10.1007/s11664-017-5884-z

7. Govindaraj P., Venugopal K. Intrinsic ultra-low lattice thermal conductivity in orthorhombic BiSI: an excellent thermoelectric material. Journal of Alloys and Compounds. 2022; 929: 167347. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167347

8. Guo S. D., Guo X. S., Liu Z. Y., Quan Y. N. Large piezoelectric coeffcients combined with high electron mobilities in Janus monolayer XTeI (X=Sb and Bi): a firstprinciple study. Journal of Applied Physics. 2020;127(6): 064302. https://doi.org/10.1063/1.5134960

9. Zhuang H. L., Cooper V. R., Xu H., Ganesh P., Hennig R. G., Kent P. R. C. Rashba effect in single-layer antimony telluroiodide SbTeI. Physical Review B. 2015;92: 115302. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.115302

10. Landolt G., Eremeev S. V., Koroteev Y. M., ... Dil J. H. Disentanglement of surface and bulk rashbaspin splittings in noncentrosymmetric BiTeI. Physical Review Letters. 2012; 109: 116403. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.116403

11. Li T., Xu Y., Li M., ... Ju W. A study of the Rashba effect in two-dimensional ternary compounds ABC monolayers (A = Sb, Bi; B = Se, Te; C = Br; I). Physical Chemistry Chemical Physics. 2023;25: 3182–3189. https://doi.org/10.1039/D2CP05002A

12. Babanly M. B., Yusibov Y. A., Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Alverdiyev I. J. Phase diagrams in the development of the argyrodite family compounds and solid solutions based on them. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2024;45: 228–255. https://doi.org/10.1007/s11669-024-01088-w

13. Babanly M. B., Mashadieva L. F., Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Taghiyev D. B., Yusibov Y. A. Complex copperbased chalcogenides: a review of phase equilibria and thermodynamic properties. Condensed Matter and Interphases. 2024;26(4): 579–619. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12367

14. Babanly M. B., Mashadiyeva L. F., Babanly D. M., Imamaliyeva S. Z., Tagiev D. B., Yusibov Yu. A. Some issues of complex studies of phase equilibria and thermodynamic properties in ternary chalcogenide systems involving emf measurements (Review). Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2019;64(13): 1649–1671. https://doi.org/10.1134/S0036023619130035

15. Babanly M. B., Mashadiyeva L. F., Babanly D. M., Imamaliyeva S. Z., Tagiev D. B., Yusibov Yu. A. Some issues of complex studies of phase equilibria and thermodynamic properties in ternary chalcogenide systems involving emf measurements (Review). Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2019;64(13): 1649–1671. https://doi.org/10.1134/S0036023619130035

16. Morachevsky A. G., Voronin G. F., Geyderich V. A. Kutsenok I. B. Electrochemical methods of investigation in hermodynamics of metal systems*. Moscow: Akademkniga Publ.; 2003. 334 p. (In Russ.)

17. Babanly M. B., Yusibov Y. A. Electrochemical methods in thermodynamics of inorganic systems*. Baku: BSU Publ.; 2011. 306 p. (in Russ.)

18. Ipser H., Mikula A., Katayama I. Overview: The emf method as a source of experimental thermodynamic data. CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2010;34(3): 271–278. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2010.05.001

19. Voronin M. V., Osadchii E. G. Determination of thermodynamic properties of silver selenide by the galvanic cell method with solid and liquid electrolytes. Russian Journal of Electrochemistry. 2011;47(4): 420–426. https://doi.org/10.1134/S1023193511040203

20. Levanov A. V., Isaikina O. Y., Lunin V. V. Determining the potential of a silver/silver chloride electrode at different temperatures. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2019; 93: 770–773. https://doi.org/10.1134/S0036024419040186

21. Vassiliev V., Gong W. Electrochemical cells with the liquid electrolyte in the study of semiconductor, metallic and oxide systems. Electrochemical Cells – New Advances in Fundamental Researches and Applications. InTech. 2012. pp. 71–102. https://doi.org/10.5772/39007

22. Mammmadov F. M., Imamaliyeva S. Z., Akhmedov E. J., Tagiyev D. B., Babanly M. B. Thermodynamic properties of iron-gallium sulfides. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2024;68(14): 3522–3529. https://doi.org/10.1134/S0036024424703126

23. Mammadov F. M., Babanly D. M., … Babanly M. B. Solid-phase relations in the FeSe-Ga2Se3-Se system and thermodynamic investigation of the FeGa2Se4 compound and (FeSe)1-х(Ga2Se3)х solid solutions. Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis. 2025;19: 100207. https://doi.org/10.1016/j.ctta.2025.100207

24. Kristavchuk A. V., Zabolotskaya A. V., Voronin M. V., Chareev D. A., Osadchii E. G. Temperature dependence of tellurium fugacity for the kotulskite (PdTe)–merenskyite (PdTe2) equilibrium determined by the method of a solidstate galvanic cell. Physics and Chemistry of Minerals. 2021;48: 16. https://doi.org/10.1007/s00269-021-01141-x

25. Osadchii E. G., Voronin M. V. Thermodynamic properties of RuTe2 evaluated by emf measurements on a solid state electrochemical cell. Inorganic Materials. 2024; 60(3): 832–837. https://doi.org/10.1134/S0020168524701061

26. Moroz M. V., Tesfaye F., Demchenko P., Prokhorenko M., Prokhorenko, S., Reshetnyak O. Non-activation synthesis and thermodynamic properties of ternary compounds of the Ag-Te-Br system. Thermochimica Acta. 2021;698: 178862. https://doi.org/10.1016/j.tca.2021.178862

27. Moroz M. , Tesfaye F. , Demchenko P. , … Gladyshevskii R. Synthesis, thermodynamic properties, and structural characteristics of multicomponent compounds in the Ag-Ni-Sn-S system. JOM. 2023;75: 2016–2025. https://doi.org/10.1007/s11837-023-05784-9

28. Alverdiev I. D., Imamalieva S. Z., Babanly D. M. Yusibov Yu. A., Tagiev D. B., Babanly M. B. chermodynamic study of siver-tin selenides by the emf method with Ag4RbI5 solid electrolyte. Russian Journal of Electrochemistry. 2019;55: 467–474. https://doi.org/10.1134/S1023193519050021

29. Imamaliyeva S. Z., Mehdiyeva I. F., Qasymov V. A., Babanly D. M., Taghiyev D. B., Babanly M. B. Solid-phase equilibria and thermodynamic properties of phases in the Tm–Te system. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2021; 95(4): 926–932. https://doi.org/10.1134/S0036024421050149

30. Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Zlomanov V. P., Taghiyev D. B., Babanly M. B. Thermodynamic properties of terbium tellurides. Condensed Matter and Interphases. 2020;22(4): 453–459. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/3116

31. Mammadov F. M., Babanly D. M., Imamaliyeva S. Z., Zeynalova G. S., Ahmadov E. I., Babanly M. B. Solid-phase equilibria in the FeS-In2S3-S system, thermodynamic properties of the FеIn2S4 compound and (FeS)1-x(In2S3)x solid solutions. The Journal of Chemical Thermodynamics. 2026;213: 107585. https://doi.org/10.1016/j.jct.2025.107585

32. Imamaliyeva S. Z., Musayeva S. S., Babanly D. M., Jafarov Y. I., Taghiyev D. B., Babanly M. B. Determination of the thermodynamic functions of bismuth chalcoiodides by emf method wıth morpholinium formate as electrolyte. Thermochimica Acta. 2019;679: 178319. https://doi.org/10.1016/j.tca.2019.178319

33. Aliev Z. S., Musayeva S. S., Imamaliyeva S. Z., Babanly M. B. Thermodynamic study of antimony chalcoiodides by emf method with an ionic liquid. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018;133: 1115–1120. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6812-4

34. Hasanova G. S., Aghazade A. I., Babanly D. M., Imamaliyeva S. Z., Yusibov Y. A., M. B. Babanly. Experimental study of the phase relations and thermodynamic properties of BiSe system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022;147: 6403–6414. https://doi.org/10.1007/s10973-021-10975-0

35. Hasanova G. S., Aghazade A. I., Imamaliyeva S. Z., Yusibov Y. A., Babanly M. B. Refinement of the phase diagram of the Bi-Te system and the thermodynamic properties of lower bismuth Tellurides. JOM. 2021;73(5): 1511–1521. https://doi.org/10.1007/s11837-021-04621-1

36. Aliev Z. S. , Musayeva S. S. , Jafarli F. Y. , Amiraslanov I. R., Shevelkov A. V. Babanly M. B. The phase equilibria in the Bi–S–I ternary system and thermodynamic properties of the BiSI and Bi19S27I3 ternary compounds. Journal of Alloys and Compounds. 2014;610: 522–528. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.05.015

37. Babanly M. B., Tedenac J.-C., Aliev Z. S., Balitsky D. V. Phase eqilibriums and thermodynamic properties of the system Bi-Te-I. Journal of Alloys and Compounds. 2009;481(1-2): 349–353. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.02.139

38. Aliyev Z. S., Musaeva S. S., Babanly D. M., Shevelkov A. V., Babanly M. B. Phase diagram of the Sb-Se-I system and thermodynamic properties of SbSeI. Journal of Alloys and Compounds. 2010;505(2): 450–455. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.06.103

39. Aliyev Z. S., Babanly M. B. Shevelkov A. V., Babanly D. M., Tedenac J.-C. Phase diagram of the Sb-Te-I system and thermodynamic properties of SbTeI. International Journal of Materials Research. 2012;103(3): 290–295. https://doi.org/10.3139/146.110646

40. Aliev Z. S., Musayeva S. S., Babanly M. B. The phase relations in the Sb-S-I system and thermodynamic properties of SbSI. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2017;38(12): 887–896. https://doi.org/10.1007/s11669-017-0601-4

41. Aliev Z. S., Ahmadov E. C., Babanly D. M., Amiraslanov I. R., Babanly M. B. The Bi2Se3-Bi2Te3-BiI3 system: synthesis and characterization of the BiTe1–xSexI solid solutions. Calphad. 2019;66: 101650. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2019.101650

42. Ahmadov E. J., Aliev Z. S., Babanly D. M., Imamaliyeva S. Z., Gasymov V. A., Babanly M. B. The quasiternary system Bi2S3–Bi2Te3–BiI3. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2021;66: 538–549. https://doi.org/10.1134/S0036023621040021

43. Ahmadov E. J., Orujlu E. N., Babanly D. M., ... Babanly M. B. Phase equilibria of the Sb2Te3+2BiI3↔Bi2Te3+2SbI3 reciprocal system: synthesis and characterization of the cation-substituted Bi1−xSbxTeI solid solutions. Journal of Alloys and Compounds. 2022;929: 167388. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167388

44. Ahmadov E. J. Physico-chemical interaction in the BiSI–BiTeI system. Azerbaijan Chemical Journal. 2020;1: 36–40. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2020-1-36-40

45. Ahmadov E. J., Babanly D. M., Aliyev Z. S., Zlomanov V. P. Phase equilibria in the system SbTeI-BiTeI. New Materials, Compounds and Applications. 2019;3(2): 87–93. Available at: https://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/NMCA/V3N2/Ahmadov%20et%20al.pdf

46. Qurbanov A., Ahmadov E., Alverdiyev I., Jafarov Y. Phsico-chemical interaction in the BiSI-BiSeI system. Baku State University Journal of Chemistry and Material Sciences. 2024;1(4): 6–12. https://doi.org/10.30546/209501.201.2024 .1.04.061

47. Qurbanov A. A., Ahmadov E. J., Aghazade A. I., Aghayeva A. R., Gasymov V. A., Alverdiyev I. J. Phase equilibria in the Bi19S27I3-“Bi19Se27I3” system and characterization of solid solutions. Azerbaijan Chemical Journal. 2026;2: 145–152. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2026-2-145-152

48. Emsley J. The elements. Oxford: Clarendon, Oxford University Publ.; 1998. 292 p.

49. Massalski T. B., Okamoto H., Subramanian P. R., Kacprzak L. Binary alloy phase diagrams. 2nd ed. Ohio: ASM International, Materials Park Publ.; 1990. 3589 p.

50. Brigouleix C., Anouti M., Jacquemin J., Caillon-Caravanier M., Galiano H., Lemordant D chysicochemical characterization of morpholinium cation based protic ionic liquids used as electrolytes. The Journal of Physical Chemistry B. 2010;114(5): 1757–1766. https://doi.org/10.1021/jp906917v

51. Data base of thermal constants of substances. Digital version. Eds.: Iorish V.S., Yungman V.S., 2006. http://www.chem.msu.ru/cgi-bin/tkv.pl

52. Guan P. W., Shang S. L., Lindwall G., Anderson T., Liu Z. K. First-principles calculations and thermodynamic modeling of the S-Se system and implications for chalcogenide alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2017; 694: 510–521. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.037

53. Kubaschewski O., Alcock C. B., Spencer P. J. Materials thermochemistry. Oxford: New York: Pergamon Publ.; 1993. 363 p.

54. Barin I. Thermochemical data of pure substances. Third edition. New York: Willey Publ.; 2008. 1936 p.

Загрузки

Опубликован

2026-04-01

Выпуск

Том 28 № 1 (2026)

Раздел

Оригинальные статьи

Лицензия

Copyright (c) 2026 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Термодинамическое исследование системы BiSI–BiSeI методом электродвижущих сил. (2026). Конденсированные среды и межфазные границы, 28(1), 46-56. https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13590

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)