Efecto de la atmosfera y temperatura en la estructura cristalina de BaCe0.8Pr0.2O3-d

BASBUS J.F.; MOGNI L.V; CANEIRO A.

Congreso; IX Reunión de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2013

El BaCeO3-d secaracteriza por tener conductividad iónica a partir de la incorporación ytransporte de H+ en su estructura, lo que permitiría utilizarlo comoelectrolito con potenciales aplicaciones como sensor y membrana permeable ahidrogeno, y conductor protónico para celdas de combustible de óxido sólido(PC-SOFC) [1]. La  baja energía de activación y alta movilidadprotónica operaría a temperaturas relativamente bajas. El mecanismo está dadopor la reacción de hidratación de vacancias de oxígeno, seguido por el hoppingprotónico a través de los sitios de oxígeno [2]. Sin embargo, el BaCeO3-d  requiere elevadas temperaturas paraobtener muestras densas, y es químicamente inestable frente al CO2 alas temperaturas de operación. La sustitución parcial del Ce pormetales con menor estado de oxidación, aumentaría la concentración de vacanciasde oxígeno, favoreciendo la incorporación de H2O y laconductividad  protónica [3]. En algunos casos, disminuiría latemperaturas de sinterizado y aumentaría la resistencia a la carbonatación. Los mayores requisitos de estos materiales son una interface electrodo/electrolitosea químicamente estable, y coeficientes de expansión térmica (TEC) comparablescon los materiales de electrodo.En este trabajo se compara elefecto de la atmosfera y la temperatura en la estructura cristalina  de la perovskita  BaCe0.8Pr0.2O3-d,por difracción de rayos X (XRD) con luz sincrotrón. La posibilidad dereducción/oxidación de los iones Pr+4/Pr+3 y Ce+4/Ce+3modifica la concentración de vacancias de O y por ende la capacidad deincorporar H+ a la estructura. Estos procesos afectan la estructuracristalina cambiando el grado de distorsión de la red y modificando eltransporte iónico en estos materiales. Debido a su alta resolución, la técnicade difracción con luz sincrotrón es ideal para poder resolver distorsiones suavesde la red. Se realizaron mediciones in-situ en condiciones de temperaturacontante, 20, 100, 200, 300, 400, 500 y 600 ºC en atmosfera oxidante, airesintético húmedo (2% H2O), y en atmosfera reductora, 5 % H2/Heseco con radiación de 10 KeV. Los cambios estructurales registrados enatmosfera oxidante húmeda coinciden con los reportados por otros autores [4].En atmosfera reductora aumenta la simetría mostrando transiciones a otrosgrupos espaciales diferentes. Esta diferencia puede estar relacionada con la reducciónde Pr+4 a Pr+3.