Estudio estructural y microstructural de óxidos multisubstituídos de lantánidos

M.R. ESQUIVEL

Ciudad de Buenos Aires

Congreso; VI Reunión de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2010

Asociación Argentina de Cristalografía

Objetivos: Los óxidos mixtos de lantánidos del tipo LnO2-x, donde Ln representa a La, Ce, Nd, Pr y x <2, puden ser utilizados como filtro inicial para pre-purificación de hidrógeno. Si bien los óxidos base (CeO2, PrO2) son muy estables, la sustitución progresiva con La y Nd conduce a la inestabilización de la estructura matriz. Bajo condiciones controladas, los cambios composicionales favorecen la formación de oxo-hidróxidos e hidróxidos no estables. La descomposición de éstos, a su vez, permite la formación de microstructuras porosas en la estructura matriz. Es de interés analizar el tipo y estabilidad de las estructuras presentes en óxidos del tipo LnO2-x bajo distintas composiciones a fin de aplicarlas al estudio de filtros para pre-purificación de hidrógeno. Situación actual del tema: Si bien diversos aspectos cristalográficos de los óxidos tipo CeO2 han sido exitosamente analizados, la estabilidad y tipo de las estructuras obtenidas por oxidación a altas temperaturas de las aleaciones base (La,Ce,Nd,Pr)O2 no han sido totalmente estudiadas. Este aspecto motiva el análisis y estudio de estas estructuras. Métodos: Se utilizaron tres aleaciones de composición La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06, La0.19Ce0.59Nd0.15Pr0.07 y y La0.32Ce0.52Nd0.008Pr0.08. Las aleaciones de partida fueron analizadas por Espectroscopía Dispersiva en Energía (EDE) y por Análisis por Activación Neutrónica(AAN). A partir de éstas, se obtuvieron los óxidos respectivos por calentamiento en aire a 600 °C durante 24 h. Los productos fueron analizados por difracción de rayos X (DRX) utilizando un equipo PW1701/01. Las medidas fueron realizadas en aire a temperatura ambiente. Los difractogramas fueron refinados mediante el método Rietveld utilizando el programa DBWS. A partir de estos resultados, se obtuvieron los parámetros estructurales de los óxidos. Los parámetros microestructurales fueron obtenidos por análisis de los picos de difracción. Para ello se utilizó una contribución semi-empírica de las funciones de Gauss y de Lorentz. Resultados y Discusión: Se determinó que los óxidos pertenecen al sistema cristalino cúbico. La simetría de los mismos está determinada por el grupo espacial Fm3m. Se asignó la posición de Wyckoff 4 a para los lantánidos. No se encontró una distribución preferencial en la estructura para los mismos. Oxígeno fue asignado a las posiciones de Wyckoff 8 c por analogía al CeO2. Los parámetros de celda hallados fueron a = 5.510 ± 0.005 Å para La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06O2 , a = 5.542 ± 0.005 Å para La0.32Ce0.52Nd0.08Pr0.08O2 y a = 5.475 ± 0.005 Å para La0.19Ce0.59Nd0.15Pr0.07O2. Conclusiones: Se encontró que para las tres composiciones dadas, los óxidos conforman una estructura mayoritaria única perteneciente al sistema cristalino cúbico. La presencia de fases subsidiarias no se ha detectado por DRX. Se determinaron los parámetros de celda de La0.25Ce0.52Nd0.17Pr0.06O2, La0.32Ce0.52Nd0.08Pr0.08O2 y La0.19Ce0.59Nd0.15Pr0.07O2. Se asignaron las posiciones de Wyckoff para los lantánidos y se caracterizaron los parámetros microstructurales: tamaño de cristalita (d) y deformación del parámetro de celda (s). Los parámetros microstructurales y estructurales no mostraron indicios de orientación preferencial en ninguno de los casos. Los resultados obtenidos serán utilizados para el diseño de materiales aptos para pre-purificación de hidrógeno.