01/07/2026: В журнале «Journal of Solid State Chemistry» опубликована статья «Effects of Sc-doping and hydration on the band gap parameters of BaSnO3» (https://doi.org/10.1016/j.jssc.2026.125971). BaSnO3 является одним из перспективных материалов для высокотемпературных протонпроводящих мембран. С этой целью он подвергается акцепторному допированию – BaSn1-xMxO3-δ (M = M3+ металл). Цель данной работы — экспериментально и теоретически выявить изменения параметров запрещенной зоны BaSn1-xScxO3-δ в зависимости от концентрации легирующей примеси x и степени гидратации. Полученные результаты указывают на сильную зависимость параметров запрещенной зоны от концентрации, демонстрируя три различных диапазона: x ≤ 0,10, 0,15 ≤ x ≤ 0,20 и x ≥ 0,25. Этот эффект в основном обусловлен перераспределением состояний Sn 5s и Sc 3d в зоне проводимости. В целом, допирование Sc постепенно увеличивает ширину запрещенной зоны BaSnO3 от 3,04 эВ при x = 0 до 3,63 эВ при x = 0,37. Влияние гидратации еще более сложное: при x ≤ 0,10 ширина запрещенной зоны не изменяется, а при x ≥ 0,15 происходит трансформация формы края поглощения и увеличение ширины запрещенной зоны. Кроме того, в спектрах поглощения BaSnO3 отсутствует типичный для легированных акцепторами оксидов пик кислородных вакансий вблизи края поглощения. Таким образом, такое поведение BaSnO3 значительно отличается от поведения других подобных протонпроводящих перовскитов, что делает его интересным материалом для дальнейших углубленных исследований.
18/05/2026: В журнале Chimica Techno Actaбыл опубликован обзор «Heavily doped proton-conducting perovskites: Relationships between defect structure and functional properties» (https://doi.org/10.15826/chimtech.9769), посвященный переносу протонов в акцепторно-допированных перовскитных оксидах. В нем определены ограничения, присущие традиционным материалам, и исследована система BaSn1–xInxO3–δ, которая уникальна, поскольку может вмещать высокие концентрации индия, сохраняя при этом кубическую перовскитную симметрию. Исключительное образование твердого раствора в этой системе позволяет достичь уровней допирования, при которых концентрация кислородных вакансий превышает 0,2 на единицу формулы. Это условие, при котором взаимодействие дефектов неизбежно, и поведение может качественно отличаться от описанного моделями идеального раствора в пределе низкой концентрации. В данном обзоре установлены корреляции между составом, средней кристаллической структурой, локальным расположением атомов, структурой дефектов и различными физико-химическими и функциональными свойствами, такими как термодинамика гидратации, протонная проводимость, химическое расширение и термомеханическое поведение. Особое внимание уделено сильно допированным составам (x = 0,4–0,7), где выраженное локальное структурное разупорядочение, явления захвата и взаимодействие эффектов термического и химического расширения существенно влияют на макроскопическое транспортное поведение. Сочетание экспериментальных и вычислительных данных создает основу для понимания взаимосвязи между структурой и свойствами в высокодефектных протонпроводящих перовскитах.
05/05/2026: Статья “Contemporary trends and frontiers in oxygen electrode design for protonic ceramic electrochemical cells: A scientometric perspective” (https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175380) опубликована в журнале Chemical Engineering Journal. В данном обзоре рассматриваются кислородные электроды для протонных керамических ячеек (ПКЯ). Низкотемпературные ПКЯ могут быть реализованы благодаря улучшению процессов восстановления и окисления кислорода. Наукометрический анализ показывает развитие технологии от фундаментальных открытий до реальных применений. В работе проанализированы 19 обзоров и 15 стратегий для электродов ПКЯ следующего поколения.
20/04/2026: В журнале Analytica Chimica Acta будут опубликованы результаты исследования “A novel Ba1.15La1.85In2O7–δ-based amperometric sensor for hydrogen and steam analysis at reduced operating temperatures” (https://doi.org/10.1016/j.aca.2026.345289). Новизна этой работы заключается в первом применении электрохимической ячейки на основе Ba1.15La1.85In2O7–δ в качестве амперометрического сенсора с двойной функциональностью (H2/H2O), проверенного в условиях, актуальных для промышленности (350–450 °C). Результаты показывают, что этот класс материалов обеспечивает стабильные линейные и селективные отклики, что позволит создавать высокоэффективные амперометрические датчики.
01/04/2026: Статья “Band gap engineering in proton-conducting BaSn1–xInxO3–δ perovskites: Interplay of doping, hydration, and hydrogenation” (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.03.316) была принята к публикации в журнале Ceramics International. Станнат бария BaSnO3 — это полупроводниковый оксид с кубической перовскитной структурой. Он способен к различным типам допирования, как в позициях Ba, так и Sn, как акцепторными, так и донорными примесями, что позволяет эффективно регулировать его свойства. Таким образом, BaSnO3 находит многочисленные применения, и его использование в качестве протонпроводящих керамических электролитов является одним из них. Полученные результаты указывают на систематическое уменьшение ширины запрещенной зоны Eg с увеличением концентрации In, от 3,04 эВ при x = 0 до 2,76 эВ при x = 0,6, что, как предполагается, связано с заменой состояний Sn 5s на In 5s. Кроме того, наблюдается трансформация формы края поглощения при x > 0,4, обусловленная существенной нестехиометрией кислорода. Гидратация приводит к увеличению Eg, и чем выше x, тем больше изменение Eg. Однако природа этого эффекта пока не ясна. Одновременно с завершением формирования кислородной подрешетки форма края поглощения возвращается к исходному состоянию. Эффект гидрирования более сложен, приводя к сильным локальным тетрагональным/орторомбическим искажениям при x ≤ 0,2 и даже к фазовому распаду при x ≥ 0,4. Все это поведение легированного индием BaSnO3 отличается от типичных тенденций, наблюдаемых в классических широкозонных протонных проводниках, таких как легированные LaScO3, BaZrO3, SrTiO3 и SrZrO3, что требует особого внимания.
17/03/2026: В International Journal of Hydrogen Energy была опубликована статья “Are the ohmic and polarization resistances of solid oxide electrochemical cells independent from each other?” (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2026.154040). Твердооксидные электрохимические ячейки, работающие при низких и средних температурах, представляют собой перспективную технологию для эффективного и экологически чистого преобразования энергии. Производительность этих ячеек в основном определяется их общим удельным сопротивлением, которое включает две основные составляющие: омическое сопротивление (связанное с ионным транспортом в электролите) и поляризационное сопротивление (возникающее из кинетики электродной реакции). Следовательно, рациональное проектирование высокоэффективных ячеек требует независимой оптимизации этих резистивных составляющих. Общепринято, что омическое и поляризационное сопротивления являются внутренними свойствами электролита и электродов соответственно и, таким образом, могут контролироваться отдельно посредством легирования материалов или микроструктурной инженерии соответствующих компонентов. Однако электролит и электродные материалы образуют общую область (границу раздела), что указывает на их тесную взаимосвязь. В данном исследовании был проведен простой эксперимент для подтверждения взаимосвязи между омическим и поляризационным сопротивлениями. В частности, было изготовлено несколько симметричных ячеек с использованием одного и того же электродного материала и различных электролитов. Было показано, что поляризационное сопротивление электрода было таким же низким, как и более высокая ионная проводимость электролитов при идентичных экспериментальных условиях. Полученные результаты далее обсуждаются в более широком контексте литературных данных по протонным керамическим топливным элементам и электролитическим ячейкам, выявляя общую закономерность: производительность электрода не является изолированным свойством, а неразрывно связана с характеристиками электролита, с которым он взаимодействует.
16/02/2026: Исследовательская работа “Remarkably high hydration capability of BaSn1–xInxO3–δ perovskite materials: What do we need to know about protons in complex oxides?” (https://doi.org/10.1016/j.matre.2025.100382) была опубликована в Materials Reports: Energy. Протонпроводящие оксиды представляют собой широкий класс материалов, демонстрирующих выраженный перенос протонов во влажной атмосфере. Благодаря высокой подвижности протонов эти оксиды рассматриваются как перспективные электролиты для низко- и среднетемпературных протонных керамических топливных элементов и электролитических ячеек, обеспечивающих эффективное и экологически чистое преобразование энергии. Протоны появляются в сложных оксидах в результате диссоциативного процесса адсорбции воды, который заключается во взаимодействии между существующими кислородными вакансиями и молекулами воды в газовой фазе. Этот процесс также известен как гидратация или поглощение воды. В данной работе мы анализируем особенности гидратации перовскитных материалов BaSn1–xInxO3–δ (BSIx), которые включают широкий спектр твердых растворов (0 ≤ x < 0,7) и почти теоретический предел гидратации для почти всех исследованных соединений одновременно. Последнее является уникальным свойством станнатов, легированных индием, нетипичным для большинства других протонпроводящих оксидов. Наряду с экспериментальными данными по поглощению воды BSIx, мы проводим углубленное исследование концентрации протонов в зависимости от внешних факторов, включая дальнейшее сравнение с литературными данными по гидратации материалов, а также выявление скрытых взаимосвязей между концентрацией протонов и различными функциональными свойствами. Таким образом, эта работа вносит вклад в теоретические и прикладные исследования протонпроводящих оксидов, особенно в контексте их поведения при гидратации.
15/01/2026: В журнале Solid State Sciences была опубликована статья “Ba and La co-doped Pr2NiO4+δ materials: Relationships between defect structure, thermal, and electrochemical properties” (https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2025.108130). В данном исследовании изучаются структурные, электрические и электрохимические свойства новых материалов Pr1.8-xLaxBa0.2NiO4+s (x = 0.0-0.8) в качестве потенциальных воздушных электродов для обратимых твердооксидных элементов (оТОЭ).
11/11/2025: В Journal of Materials Chemistry A вышла статья “Advances in reversible protonic ceramic electrochemical cells operated below 723 K: theoretical insights and experimental developments” (https://doi.org/10.1039/D5TA04354A), посвященная обсуждению разработки обратимых протонных керамических электрохимических ячеек, работающих при температурах ниже 723 К, и перспектив их исследования.
07/08/2025: В журнале International Journal of Hydrogen Energy опубликована новая работа, посвященная химическому модифицированию материалов на основе феррита бария (BaFeO3) для разработки электродных материалов, используемых совместно с протонпроводящими материалами. В этой работе (“Design of Cu-containing (Pr,Ba)FeO3-based perovskite electrodes for protonic ceramic electrochemical cells”, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150834) выявлены интересные особенности в области формирования фаз. Во-первых, для медьсодержащих ферритов обнаружено формирование кубических зерен, которые являются нехарактерными для подобных оксидных систем. Во-вторых, после восстановительного обжига керамики во влажном водороде отмечено формирование структур типа “ядро/оболочка”, состоящих из фаз меди, покрытых металлическим железом. Другие свойства этих материалов отражены в самой статье.
30/07/2025: В журнале International Journal of Hydrogen Energy опубликован свежий обзор, кратко описывающий основные классы протонпроводящих оксидных электролитов, а также подходы к их допированию “Doping design strategies of proton-conducting perovskite oxides: A brief compositional map”, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150689. В этой работе рассматриваются не только классические перовскиты семейства A2+B4+O3, но также A1+B5+O3 и A3+B3+O3. Таким образом, данную работу можно рассматривать как композиционную карту, которая может быть полезна студентам и молодым ученым, приступающим к исследованиям в области высокотемпературных ионных проводников.
30/07/2025: Сотрудники лаборатории вместе с коллегами из Москвы, Черноголовки и Виана-ду-Каштелу (Португалия) опубликовали работу “Study of Mg doping on the zirconium and lanthanide sites of Ln2Zr2O7 (Ln = Sm, Gd) pyrochlores” в журнале Ceramics International, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.05.015. Эта статья посвящена исследованию структуры и ионной проводимости новых сложных оксидов со структурой пирохлора. В работе показано, что при прочих равных условиях (например, при наличии одного и того же катиона B) протонная проводимость в пирохлорах A2B2O7 может определяться природой катионов A, а именно катионов редкоземельных элементов рассматриваемых соединений. Ионный радиус катионов редкоземельных элементов определяет свободный объем элементарных ячеек, возможность пространственной переориентации протонов относительно атомов кислорода и, следовательно, возможность переноса протонов.
24/07/2025: В Journal of Materials Chemistry A с участием сотрудников двух лабораторий ИВТЭ УрО РАН вышла фундаментальная обзорная работа “Electrochemical impedance spectroscopy measurements of solid oxide cells: Beyond open circuit voltage conditions” (https://doi.org/10.1039/D5TA04017E), в которой обсуждаются особенности импедансных измерений в условиях, далеких от напряжения разомкнутой цепи. Твердооксидные ячейки предлагают разнообразные процессы электрохимического преобразования, которые происходят с высокой эффективностью и производительностью при повышенных температурах (выше 400 °C), тем самым способствуя инициативам в области водородной энергетики, проблемам выбросов углерода и созданию продуктов с высокой добавленной стоимостью. Эти ячейки широко исследуются с помощью различных электрохимических подходов, включая электрохимическую импедансную спектроскопию (ЭИС), чтобы получить представление о природе электродных и электролитных материалов либо в условиях работы ячейки, либо после долгосрочных испытаний на стабильность. Хотя выходные параметры твердооксидных ячеек (например, удельная мощность и величина потока полученного водорода) получают в условиях, далеких от напряжения разомкнутой цепи (НРЦ), анализ ЭИС часто проводится именно при НРЦ. Такой анализ может включать в себя эволюцию спектров в зависимости от температуры, состава газа или времени испытания. Однако сопоставление выходных параметров ячейки с данными ЭИС, зарегистрированными в условиях НРЦ, в большинстве случаев может быть некорректным из-за нелинейных вольтамперных характеристик в исследуемом диапазоне тока/напряжения. Эта нелинейность может быть обусловлена немонотонным поведением компонентов как электрода, так и электролита, что затрудняет сравнительный анализ данных, полученных для различных электрохимических ячеек. В данном обзоре представлены подробные данные об измерениях традиционных вольтамперных характеристик (НРЦ), выделены основные особенности анализа ЭИС, проводимого вдали от НРЦ, и отмечены преимущества таких нетрадиционных методов аттестации. Данный обзор является первым в своем роде, посвященным этой важной теме, тем самым закладывая основу для всестороннего электрохимического анализа твердооксидных ячеек, независимо от их принципов работы, конструкции и используемых материалов.
07/07/2025: Статья «Oxygen-ionic transport of (Pr,Ba)FeO3-based perovskite materials: Results from oxygen permeability experiments» была опубликована в журнале Journal of Membrane Science (https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.124365). Статья посвящена исследованию перовскитных материалов, содержащих Fe. Было всесторонне исследовано поведение переноса ионов кислорода Pr0.6Ba0.4FeO3–δ (PBF) с помощью экспериментов по проникновению кислорода в зависимости от степени легирования (Pr0.6Ba0.4Fe0.9M0.1O3–δ, M = Ni, Cu и Co) и внешних параметров.
28/05/2025: Сотрудники нашей лаборатории совместно с коллегой из Санкт-Петербургского государственного университета опубликовали статью «Thermomechanical behavior of promising mixed ion-electron conductors based on co-doped barium ferrite» (10.15826/elmattech.2025.4.048). Основное внимание в этой работе уделено исследованию термомеханических характеристик материалов Pr0.6Ba0.4FeO3–δ, Pr0.6Ba0.4Fe0.9Ni0.1O3–δ и (Pr0.6Ba0.4)0.9Fe0.9Ni0.1O3–δ. Их фазовая стабильность была исследована с помощью высокотемпературного рентгеновского анализа, в то время как вклады термического и химического расширения как части общего расширения были проанализированы в диапазоне от 25 до 1000 °C. Согласно полученным результатам, при температурах выше 500 °C наблюдались изменения в моделях термической зависимости параметров элементарной ячейки для всех образцов. Это явление может быть связано с размерными факторами, возникающими в результате изменения ионных радиусов катионов B-подрешетки при восстановлении B-катионов и образовании кислородных вакансий. Комплексный анализ полученных результатов позволяет сформулировать выводы относительно рационального уровня содопирования данных материалов с целью оптимизации их термомеханических характеристик за счет снижения вклада химического расширения.
08/04/2025: Статья ‘Ion-conducting materials based on Y-doped SrSnO3: Features of ceramics preparation and transport properties’ была опубликована в журнале Европейского керамического общества (Journal of the European Ceramic Society), https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117441. В этой статье были изготовлены плотные керамические материалы SrSn1–xYxO3–δ (x = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) , которые затем были охарактеризованы с точки зрения микроструктуры, термомеханических и электротранспортных свойств. В пределах исследуемого диапазона концентраций (0 ≤ x ≤ 0.2) все материалы оказались однофазными с некоторым изменением симметрии кристаллической структуры, в зависимости от состава и температуры. Не обнаружено распада легирующей примеси или сегрегации стронция ни на поверхности, ни в объеме керамических образцов, но их проводимость демонстрирует нетипичное поведение, значительно снижаясь на границе содержания Y(x) 0.1/0.15. Это можно объяснить микроструктурными особенностями приготовленной керамики, заключающимися в образовании либо традиционно сферических, либо необычных прямоугольных (анизотропных) зерен. Также представлены возможные объяснения наблюдаемых результатов. Таким образом, в данной работе освещаются основные свойства SrSnO3, легированного Y, включая структурные, микроструктурные, термические и электрические аспекты при высоких температурах. Насколько нам известно, в литературе не было опубликовано систематических исследований системы SrSn1–xYxO3–δ.
02/04/2025: В журнал Chemical Engineering Journal принята новая обзорная статья под названием «Engineering the one-pot synthesized Ba(Ce,Fe)O3-based composites as triple-conducting electrodes for solid oxide electrochemical cell applications», https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162320. В настоящем обзоре в качестве объектов исследования рассматриваются двухфазные композиты на основе составов BaCe1–xFexO3–δ и их допированных производных. Эти соединения обладают потенциалом как материалы с тройной проводимостью, позволяющие одновременно переносить три носителя заряда (дырки, ионы кислорода и протоны) внутри двух различных компонентов композита (фаз на основе BaCeO3 и BaFeO3). Для понимания перспектив их электрохимического применения была собрана и всесторонне проанализирована информация о фазовом состоянии (формирование двухфазной границы, кристаллические структуры каждого компонента), транспортных свойствах (общая электронная проводимость, вклад кислородно-ионного и протонного транспорта), термомеханических свойствах (тепловое расширение и эффекты химической деформации вследствие высокотемпературных химических процессов) и электрохимических характеристиках (для симметричных ячеек и одиночных топливных элементов).
02/04/2025: Новая научная работа под названием «High-temperature phase relationships of BaSn1−xInxO3−δ perovskite materials over a wide In-content variation» была опубликована в журнале Ceramics International, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.04.015. В настоящем материалы BaSn1–xInxO3–δ (0.05 ≤ x ≤ 0.60) были синтезированы и исследованы с помощью высокотемпературного рентгеноструктурного анализа с целью выяснения корреляций между составом, структурой и термохимическим поведением таких станнатов при расширении. Однофазные материалы могут быть сформированы во всем исследованном диапазоне концентраций, что свидетельствует о существовании очень широкого диапазона твердых растворов без появления примесных фаз. Перовскиты на основе Ba с большим количеством кислородных вакансий BaSn1-xInxO3-δ способны к обратимому поглощению воды во влажной атмосфере. Этот процесс вызывает локальные структурные искажения в перовскитах, что приводит к ярко выраженным эффектам химического расширения наряду с обычным тепловым расширением. Химическое расширение для высокодопированных станнатов оказалось значительным (как при нагревании, так и при охлаждении), в результате чего параметры решетки соединений BaSn1-xInxO3-δ отклоняются от линейного тренда при изменении температуры. Таким образом, результаты настоящего исследования позволяют получить значительные сведения о термическом и химическом расширении протонпроводящих оксидных материалов, особенно обладающих сильно неупорядоченной примесной структурой.
17/03/2025: Сотрудники лаборатории в сотрудничестве с китайскими коллегами опубликовали новый обзор «Recent advances and challenges in perovskite-based protonic ceramic electrolytes: design strategies and fabrication innovations» (журнал Advanced Functional Materials) https://doi.org/10.1002/adfm.202416651. Обзор охватывает современные достижения в технологиях производства протонных керамических электролитов, включая синтез порошка, тонкопленочное осаждение, контролируемые процессы спекания и обработку интерфейса для обеспечения структурной целостности и ионной проводимости. Этот обзор всесторонне обобщает современные подходы к разработке и стратегии оптимизации материалов протонных керамических электролитов на основе перовскита и имеет важное значение для коммерциализации протонных керамических электрохимических ячеек.
12/03/2025: Новая научная статья «The effect of a CuO sintering additive on the sinterability of Ba-based perovskite electrolytes for protonic ceramic electrochemical cell applications» была принята к публикации в журнале Journal of Materials Chemistry A (https://doi.org/10.1039/D5TA00875A). В настоящем исследовании керамические образцы BaSn0.8Y0.2O3−δ + x мас.% CuO (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1 и 2) были успешно синтезированы в газонепроницаемых формах и впоследствии подробно исследованы с точки зрения их микроструктурных и электрохимических свойств. Это было сделано для более глубокого понимания фактического влияния спекающей добавки CuO. Полученные результаты позволяют понять различные эффекты спекания добавок на физико-химические и функциональные свойства протонпроводящих перовскитных оксидов. Эти результаты дополняют имеющиеся сведения в области масштабируемого производства протонпроводящей керамики и соответствующих протонных керамических элементов для электрохимических применений.
23/01/2025: В журнал Ceramics International принята новая статья «Phase relationships and thermal behavior of one-pot synthesized dual-phase BaCe0.5Fe0.5O3–δ composites», https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.324. В настоящей работе композит BaCe0.5Fe0.5O3–δ (широко исследованный в литературе как тройной проводник) был приготовлен в виде как плотной, так и пористой керамики. Уточнены составы обогащенных Ce- и Fe-фаз, а также определены характеристики теплового расширения как основных компонентов, так и композита в целом. Экспериментальные результаты показывают, что фазы на основе Ce и Fe демонстрируют заметно различающиеся термомеханические отклики, что является существенным ограничением для совместного применения BaCe0.5Fe0.5O3–δ-полупроводниковых электродов с различными представителями электролитов. Хотя термомеханическое расхождение может быть уменьшено при пористых электродов, большее внимание следует уделять микроструктурной целостности таких электродов и качеству границы раздела электролит/электрод в условиях длительной и циклической эксплуатации. Таким образом, данная работа предоставляет дополнительную информацию о различных функциональных свойствах двухфазных композитов BaCe0.5Fe0.5O3–δ.
06/01/2025: Новая статья под названием «Localization of CuO, NiO, and Co3O4 sintering additives in dense proton-conducting perovskite ceramics based on BaSnO3» была опубликована в журнале International Journal of Hydrogen Energy, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.11.490. В данном исследовании мы представляем всестороннюю характеристику керамических материалов на основе Y-допированного BaSnO3, приготовленных с добавлением 1 весового процента трех спекающих добавок (оксидов меди, кобальта и никеля). Несмотря на то что введенные оксиды относятся к группе соединений со схожими физико-химическими свойствами, каждая добавка оказывает заметное влияние на микроструктурные и электрохимические свойства керамики благодаря своим особенностям химической локализации. В настоящей работе подробно рассматриваются эти особенности с использованием точного микроструктурного анализа как готовой керамики, так и ее восстановленных производных для облегчения процессов эксоляции.
Новости о деятельности лаборатории в региональных и федеральных СМИ
