Synthesis and characterization of lead and cadmium hexaborates doped with Cr3+

Татьяна Николаевна Хамаганова

doi:10.17308/kcmf.2024.26/11943

Татьяна Николаевна Хамаганова ФГБУН Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Сахьяновой, 6, Улан-Удэ 670047, Республика Бурятия Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-8970-1481

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11943

Ключевые слова: поликристаллы боратов свинца и кадмия, ионы Cr3, твердофазный синтез, твердые растворы, рентгенофазовый анализ, ДСК, ИК-спектроскопия

Аннотация

Бораты, легированные переходными металлами (Mn, Cu, Cr), проявляют ярко выраженное и длительное свечение при комнатной температуре, высокую мощность и другие выдающиеся характеристики. В этой связи целью работы явилось установление возможности образования боратных материалов, содержащих хром, определение их структуры и термических свойств.

Гетеровалентным замещением ионов Cd²⁺ на ионы Cr³⁺ методом твердофазных реакций при 640 °С синтезированы новые фазы переменного состава в системе PbCd_2–xB₆O₁₂:. xCr³⁺. Фазы выделены в концентрационном интервале 0 ≤ x ≤ 7.0 мол. % и охарактеризованы методами рентгенофазового анализа (РФА), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и ИК-спектроскопией. По данным РФА и ИК-спектрам полученные бораты кристаллизуются в моноклинной ячейке и отнесены к одному структурному типу (пр. гр. P₂₁/n, Z = 4).

Определены кристаллографические характеристики новых фаз. Параметры кристаллических решеток и их объемы монотонно убывают, указывая на образование непрерывного ряда твердых растворов замещения в изученном интервале концентраций. По результатам ДСК образец PbCd_2–xB₆O_{12: 0.03} Cr³⁺ плавится инконгруэнтно при 729 °С

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Татьяна Николаевна Хамаганова, ФГБУН Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Сахьяновой, 6, Улан-Удэ 670047, Республика Бурятия Российская Федерация

к. х. н., доцент, с. н. с. лаборатории оксидных систем, Байкальский институт природопользования СО РАН (Улан-Удэ, Российская Федерация)

Литература

Trunov V. K., Efremov V. A., Velikodny Yu. A. Crystal chemistry and properties of double molybdates and tungstates*. Leningrad: Science Publ.; 1986. 173 p. (In Russ.)

Urusov V. S. Solid solutions in the realm of minerals. Soros Educational Journal. 1996;11: 54–60. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://web.archive.org/web/20051028213236/http://journal.issep.rssi.ru/articles/pdf/9611_054.pdf

Kozhevnikova N. M., Mokhosoev M. V. Triple molybdates. Ulan-Ude: Buryat State University Publ.; 2000. 298 p. (In Russ.)

Ivanov-Shits A. K., Murin I. V. Solid state ionics: Vol. 1. St. Petersburg: St. Petersburg State University Publ.; 2001. 616 p. (In Russ.)

Petkov V. I. Complex phosphates formed by metal cations in oxidation states I and IV*. Russian Chemical Reviews. 2012;81(7): 606–637. (In Russ.).Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=17788409

Hao Y.-C., Xu X., Kong F., Song J.-L., Mao J.-G. PbCd2B6O12 and EuZnB5O10: syntheses, crystal structures and characterizations of two new mixed metal borates. CrystEngComm. 2014;16: 7689–7695. https://doi.org/10.1039/c4ce00777h

Khamaganova T. m N. Synthesis and thermoluminescence properties of PbCd2–xMnxB6O12 solid solutions. Inorganic Materials. 2019;55(3): 290–294. https://doi.org/10.1134/s0020168519030117

Khamaganova T. N. , Khumaeva T. G. , Perevalov A. V. Synthesis and thermoluminescence of borates Pb1–xEuxCd2B6O12. Russian Journal of Applied Chemistry. 2020;93(9): 1387–1391. https://doi.org/10.1134/s1070427220090116

Khamaganova T. N. Synthesis and luminescence spectra of copper-containing monoclinic PbCd2B6O12- based materials. Inorganic Materials. 2023;59(4): 379–384. https://doi.org/10.1134/s0020168523040039

Shao Q. Y., Ding H., Yao L.ьQ., Xu J. F., Liang C., Jiang J. Q. Photoluminescence properties of a ScBO3:Cr3+ phosphor and its applications for broadband near-infrared LEDs. RSC Advances. 2018;8: 12035–12042. https://doi.org/10.1039/c8ra01084f

Fang M. H., Huang P.-Y., Bao Z., … Liu R.-S. Penetrating biological tissue using light-emitting diodes with a highly efficient near-infrared ScBO3: Cr3+ phosphor. Chemistry of Materials. 2020;32: 2166–2171. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c00101

Malysa B., Meijerink A., Jüstel T. Temperature dependent photoluminescence of Cr3+ doped Sr8MgLa(PO4)7. Optical Materials. 2018;85: 341–348. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.09.001

Du J. R., Poelman D. Identifying near-infrared persistent luminescence in Cr3+-doped magnesium gallogermanates featuring afterglow emission at extremely low temperature. Advanced Optical Materials. 2020;8: 1901848. https://doi.org/10.1002/adom.201901848

Jia Z. W., Yuan C. X., Liu Y. F., … Jiang J. Strategies to approach high performance in Cr3+-doped phosphors for high-power NIR-LED light sources. Light: Science & Applications. 2020;9(1): 86. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0326-8

Bruker AXS TOPAS V4: General profile and structure analysis software for powder diffraction data. User’s Manual. Karlsruhe, Germany: Bruker AXS; 2008. 68 p. Available at: http://algol.fis.uc.pt/jap/TOPAS%204-2%20Users%20Manual.pdf

Weir C. E., Schroeder R. A. Infrared spectra of the crystalline inorganic borates. Journal of Research of the National Bureau of Standards Section A: Physics and Chemistry. 1964;68A (5): 465–487. https://doi.org/10.6028/jres.068a.045

Egorysheva A. V., Burkov V. I., Kargin Yu. F., Plotnichenko V. G., Koltashev V. V. Vibrational spectra of crystals of bismuth borates. Crystallography Reports. 2005; 50(1): 127–136. https://doi.org/10.1134/1.1857259

Pir P. V., Shabanov E. V., Dotsenko V. P. Synthesis and IR spectroscopic study of strontium borates. Vestnik Odesskogo natsional’nogo universiteta [Bulletin of Odessa National University]. 2005;10(1): 21–27. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=24355545

Dobretsova E. A., Boldyrev K. N., Chernyshev V. A., Petrov V. P., Maltsev V. V., Leonyuk N. I. Infrared spectroscopy of europium borates EuM3(BO3)4 (M = Al, Cr, Fe, Ga) with a huntite mineral type of structure. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2017;81(5): 546–550. https://doi.org/10.3103/s1062873817050094

Shmurak S. Z., Kedrov V. V., Kiselev A. P., Fursova T. N., Zver’kova I. I.. Structural and spectral characteristics of La0.99–xYxEu0.01BO3 orthoborates. Physics of the Solid State. 2022;64(8): 961–972. https://doi.org/10.21883/PSS.2022.08.54611.359

Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica Section A. 1976;A32: 751–767. https://doi.org/10.1107/s0567739476001551