Phase Transitions in Ag₈SnSe₆ and Ag₈SnS₆: Mössbauer and X-ray Study

Editorial Board PCSS Journal; М. В. Чекайло; С. І. Ющук; С. О. Юр’єв; Л. Г. Аксельруд; В.В. Мокляк

doi:10.15330/pcss.26.4.774-780

Автор(и)

М. В. Чекайло Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра фізики, Львів, Україна
С. І. Ющук Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра фізики, Львів, Україна
С. О. Юр’єв Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра фізики, Львів, Україна
Л. Г. Аксельруд Львівський національний університет імені Івана Франка, кафедра неорганічної хімії, Львів, Україна
В.В. Мокляк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна; Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.4.774-780

Ключові слова:

аргіродит, канфілдит, фазові переходи, суперіонні провідники

Анотація

Структурні перетворення, що супроводжують низькотемпературний фазовий перехід (ФП) β´→γ в аргіродиті Ag8SnSe6, що характеризується змішаною електронно-іонною провідністю, були досліджені за допомогою ядерного гамма-резонансу (ЯГР) та рентгенівської дифракції (XRD). Паралельні мессбауерівські дослідження були проведені на структурно спорідненому канфілдиті Ag8SnS6. Різке зниження ймовірності ефекту Мессбауера та ізомерних зрушень спостерігалося в аргіродиті та канфілдиті поблизу 356 К та 445 К відповідно, що відповідає фазовим переходам у цих сполуках. Запропоновано просторові моделі першої та другої координаційних сфер Ag8SnSe6 в β´ та γ-модифікаціях.

Посилання

Z. Zhang, Y. Shao, B. Lotsch et al., New horizons for inorganic solid state ion conductors, Energy Environ. Sci. 11, 1945 (2018); https://doi.org/10.1039/C8EE01053F.

J. B. Goodenough, Fast Ionic Conduction in Solids, in Physics and Chemistry of Electrons and Ions in Condensed Matter, edited by J. V. Acrivos, N. F. Mott, A. D. Yoffe, NATO ASI Series, Vol. 130, Springer, Dordrecht, 61 (1984); https://doi.org/10.1007/978-94-009-6440-2_61.

F. Zheng, M. Kotobuki, S. Song, M. O. Lai, L. Lu, Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries, J. Mater. Chem. A 6, 1125 (2018); https://doi.org/10.1039/C7TA10584J.

D. A. Weber, A. Senyshyn, K. S. Weldert et al., Structural Insights and 3D Diffusion Pathways within the Lithium Superionic Conductor Li10GeP2S12, Chem. Mater. 28, 5905 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b02424.

F. A. Karamov,Superionic Conductors: Heterostructures and Elements of Functional Electronics Based on Them, Cambridge Int Science Pub., Cambridge, U.K. (2008).

L. Li, Y. Liu, J. Dai, A. Hong et al., High thermoelectric performance of superionic argyrodite compound Ag8SnSe6, J. Mater. Chem. C, 4, 5806 (2016); https://doi.org/10.1039/C6TC00810K.

I. Valov, R. Waser, J. R. Jameson, M. N. Kozicki, Electrochemical metallization memories—fundamentals, applications, prospects, Nanotechnology, 22, 289502 (2011); https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/28/289502.

M. Yang, G. Shao, B. Wu, J. Jiang, S. Liu, L. Huimin, Irregularly Shaped Bimetallic Chalcogenide Ag8SnS6 Nanoparticles as Electrocatalysts for Hydrogen Evolution, ACS Appl. Nano Mater. 4, 6745 (2021); https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00769.

Y. Tingting, L. Li, Y. Zhang, Recent progress in solid electrolytes for energy storage devices, Adv. Funct. Mater. 30, 2000077 (2020); https://doi.org/10.1002/adfm.202000077.

W.-Q. Hu, Y.-F. Shi, L.-M. Wu, Synthesis and Shape Control of Ag8SnS6 Submicropyramids with High Surface Energy, Cryst. Growth Des. 12, 3458 (2012); https://doi.org/10.1021/cg201649d.

S. Lin, W. Li, Y. Pei, Thermally insulative thermoelectric argyrodites, Mater Today, 48, 198 (2021); https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.01.007.

W. F. Kuhs, R. Nitsche, K. Scheunemann, The argyrodites – a new family of tetrahedrally close-packed structures, Mater. Res. Bull. 14, 241 (1979); https://doi.org/10.1016/0025-5408(79)90125-9.

O. Gorochov, Les composés Ag8MX6 (М = Si, Ge, Sn et X = S, Se, Te)), Bull. Soc. Chim. Fr. 6, 2263 (1968).

C. W. F. T. Pistorius, O. Gorochov, Polymorphism and stability of the semiconducting series Ag8MX6 (M = Si, Ge, Sn, and X=S, Se, Te to high pressures, High Temp. - High Press. 2, 39 (1970).

M. V. Chekaylo, V. O. Ukrainets, G. A. Il’chuk, Y. P. Pavlovsky, N. A. Ukrainets, Phase Transformations in the Charge at the Synthesis of Compounds of Argirodyte Family Ag8XSe6 (X = Si, Ge, Sn) (X = Si, Ge, Sn), Phys. Chem. Solid State, 12, 191 (2011).

M. V. Chekaylo, V. O. Ukrainets, G. A. Ilchuk, N. A. Ukrainets, R. Y. Petrus, Ukrainian Patent No. 107754 (2015).

L. Akselrud, Y. Grin, V. Pecharsky, P. Zavalij, B. Baumgartner, E. Wolfel, Use of the CSD program package for structure determination from powder data, Mater. Sci. Forum, 1, 335 (1993).

M.V. Chekailo, L.G. Akselrud, R.E. Gladyshevskii, N.A. Ukrainets, Temperature dependence of the structures of β'- and γ-Ag8SnSe6 argyrodite, J. Solid State Chem. 332, 124541 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124541.

K. Robinson, G. V. Gibbs, P. H. Ribbe, Quadratic elongation: a quantitative measure of distortion in coordination polyhedra, Science, 172, 567 (1971); https://doi.org/10.1126/science.172.3983.567.

N. Wang, New data for Ag8SnS6 (canfieldite) and Ag8SnS6 (argyrodite), Neues Jahrb. Mineral. Monatsh. 6, 269 (1978).

C.-L. Lu, L. Zhang, Y.-W. Zhang et al., Electronic, optical properties, surface energies and work functions of Ag8SnS6: First-principles method, Chin. Phys. B, 24, 017501 (2015). https://doi.org/10.1088/1674-1056/24/1/017501.

I.V. Semkiv, H.A. Ilchuk, N.Y. Kashuba, V.M. Kordan, A.I. Kashuba, Synthesis, crystal and energy structure of the Ag8SnS6 crystal, Phys. Chem. Solid State, 24, 441 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.441-447.

M. Katada, Mössbauer effect of 119/Sn in tin sulfides and their related compounds, J. Sci. Hiroshima Univ. Ser. A-II, 39, 45 (1975).

D. L. Smith, J. J. Zuckerman, 119mSn Mössbauer spectra of tin-containing minerals, J. Inorg. Nucl. Chem. 29, 1203(1967); https://doi.org/10.1016/0022-1902(67)80358-0.

F.S. Nasredinov, S.A. Nemov, V.F. Masterov, P.P. Seregin, Mössbauer studies of two-electron tin centers with negative correlation energy in lead chalcogenides, Solid State Phys. 41, 1897 (1999); https://doi.org/10.1134/1.1131091.

I. B. Bersuker, Structure and Properties of Coordination Compounds, Khimiya, Leningrad (1971).

G. K. Wertheim, The Mössbauer Effect, Principles and Applications, Academic Press, New York (1964).

L. Pauling, The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry, 3rd ed., Cornell University Press, Ithaca, NY. (1960). https://archive.org/details/natureofthechemicalbondpauling

D.I. Bletskan, I.P. Studenyak, V.V. Vakulchak et al., Electronic structure of Ag8GeS6, Semicond. Phys. Quantum Electron. Optoelectron. 20, 19 (2017); https://doi.org/10.15407/spqeo20.01.019.