Disorder driven cluster glass state in a geometrically frustrated hexagonal perovskite

We report the observation of cluster glass-like properties in a double perovskite ruthenate Ba$_2$CoRuO$_6$ through structural (neutron and synchrotron X-ray diffraction), magnetic and transport measurements. The system exhibits classic glassy characteristics like a frequency dependence in ac Susceptibility, aging and memory effects along with persistance of short-range correlations upto room temperature. The significant ($\sim30\%$) anti-site disorder on the dimer sites, coupled with the inherent geometrical frustration, allows a variety of exchange (both antiferro- and ferromagnetic) interactions to be distributed randomly across the lattice. On cooling, locally dominant interactions cause spins to nucleate and form local, short-range ordered clusters which grow in size until a global freezing occurs at about $T_f \sim 43K$

Tynne filmer og nanobelter for batterier: Syntese og karakterisering av katodematerialer for litium- og natriumionbatterier

Masteroppgaven har som hovedtema å utvikle elektrodematerialer for litiumionbatterier. Arbeidet har omfattet materialer for tynnfilmbatterier, så vel visse typer katodematerialer for litiumionbatterier. I tillegg er noen natriumholdige materialer blitt undersøkt som ledd i fremstilling av materialer for litiumionbatterier. Bakgrunn for de relativ omfattende studiene av tynnfilmer har vært å utvikle materialer som vil kunne benyttes i strukturerte 3D-batterier med langt høyere kapasitet enn dagens 2D-tynnfilmbatterier. Hovedfokus har vært å deponere tynne filmer av litium- og natriumholdige materialer ved hjelp av atomærlagsdeponering (ALD). Oppgaven har bygget videre på den solide kompetansen innen litiumdeponeringer som forskningsgruppen (NAFUMA) har bygget opp de siste årene. LiCoO2 ble forsøkt deponert med ALD, men alle forsøk ga dannelse av pulver på overflaten av substratene. Alle kjente litiumforløpere ble testet og deponeringstemperaturen ble variert innenfor antatt ALD-vindu. SEM-analyse viste at pulveret består av veldig små fibre. Tre to-elementforløpere for ALD (Single-Source Precursor) er blitt syntetisert med tanke på å deponere LiMO2 (M = Co, Ni) direkte ved at forløperen inneholder kationer av både Li og M. Strukturen til den ukjente forbindelsen LiCo(acac)3 ble bestemt fra énkrystalldiffraksjon til å være bygget opp av søyler med enheter av Li+ og Co(acac)3-. Forbindelsen er dessverre ikke egnet som forløper i ALD siden strukturen ikke består av molekylære enheter samt at den sublimerte som Co(acac)2. Tynne filmer av NaxCoO2 er for første gang blitt fremstilt med ALD-metoden. Co(thd)2 og NaOtBu ble brukt som kationforløpere og en påfølgende varmebehandling var nødvendig for å oppnå faseren NaxCoO2. En film med NaxCoO2 ble forsøkt ionebyttet til LiCoO2 gjennom en gassfasereaksjon med Li(thd). Krystallinsk LiCoO2 ble påvist med røntgendiffraksjon etter ionebytting og således er det etablert en fremstillingsmetode for tynnfilmer av LiCoO2 basert på ALD-teknikken. Na2CO3 ble deponert med ALD, primært med hensikt å karakterisere veksten til systemet da den inngår i syntesetrinn for LiCoO2. NaOtBu ble benyttet som forløper med H2O og CO2 som ytterligere reaktanter. Veksten ble studert in situ med kvartskrystall mikrovekt (QCM) som viser selvhindrende vekst etter ALD-prinsippet. I tillegg til arbeidet med tynne filmer ble nanomaterialer av MoO3 fremstilt og karakterisert med tanke på katodemateriale for litiumionbatterier. Materialet har tidligere vært studert i forskningsgruppen i tilknytning til EU-prosjektet MAHEATT. Materialet viser høy kapasitet, men stabiliteten er ikke tilstrekkelig god. En rekke studier har blitt utført sammen med Amund Ruud (masterstudent på NAFUMA) for å studere degradering basert på modellmaterialer i form av tynne filmer og nanobelter. Modellmaterialer av MoO3 i form av tynne filmer ble laget med ALD. Som deponert er filmene er amorfe og betingelser for dannelse av α- og β-MoO3 ble kartlagt Ved hjelp av in situ røntgendiffraksjon under oppvarming. Betingelsene ble overført til behandling av bulk materialer for å lage β-MoO3 fra MoO3⋅2H2O. Videre ble nanobelter av α-MoO3 fremstilt gjennom hydrotermal syntese etterfulgt av frysetørking. Strukturtilpassing med Rietveld-metoden av nanobelter av MoO3 gir ikke en tilfredsstillende overensstemmelse mellom beregnede og observerte røntgenintensiteter. Det ble vurdert om dette kunne skyldes nanobeltenes morfologi, det vil si svært liten tykkelse i én retning. Imidlertid forklarer ikke dette alt. Derimot viser en modell av stablefeil av de to-dimensjonale lagene som α-MoO3 består av, god overensstemmelse. Dette gir ny innsikt i nanobeltenes struktur. Elektrokjemisk karakterisering av MoO3 tynnfilmer avslørte at interkalering av litium i α-MoO3 var mest reversibelt når batteriet ble syklet mellom 1,5 og 3,5 V. En robust metode for å syntetisere katodetape ble utviklet og reproduserbare taper av bulk α- og nanobelter av MoO3 ble laget. Elektrokjemisk testing viste forventet degradering av materialet. In situ røntgendiffraksjon og røntgenabsorpsjonsspektroskopi (XAS) av batterier (coin cell) med molybdenkatoder ble utført på den Sveitsisk-Norske strålelinje (SNBL) på ESRF, Grenoble. Eksperimentet viste at mellom 1,5 og 3,5 V er redoksparet Mo6+/Mo4+ aktivt og strukturen til bulk α-MoO3, nanobelter og nitrerte nanobelter endrer seg fra α-MoO3-struktur til å være amorf under elektrokjemisk sykling

Structural and magnetic properties of antifluorite-type Li<inf>5+x</inf>Fe<inf>1−x</inf>Co<inf>x</inf>O<inf>4</inf>

publishedVersio

Platinum Catchment by Noble Metal Alloys and structural studies of Pt- and Rh-containing perovskites

One of the steps in the production of synthetic nitrogen-based fertilizers is the oxidation of ammonia (NH3) to nitric oxide (NO). In this reaction, Pt/Rh (95/5 wt. %) is used as a catalyst and a significant Pt-loss occurs due to the high temperature and aggressive chemical conditions. The Pt-loss is unavoidable without compromising the catalytic selectivity. Mitigation of the Pt-loss is performed by Pt-catchment, utilizing a Pd/Ni (95/5 wt. %) net placed downstream of the Pt/Rh catalyst, catching the evaporated Pt. A re-alloying process of Pd/Ni with Pt occurs during Pt-catchment, causing the Pd/Ni wires to swell and the net to grow into something more similar to a porous plate. Alloying Pd with Au reduces the swelling, and the nets keep their shape during operation, only at the cost of a small reduction in Pt-catchment. For the future of industrial chemistry, oxide materials are seen as a cheaper and more environmentally friendly alternative to noble metals. In this mind-set, selected Pt- and Rh-containing perovskite oxides were synthesized for fundamental studies. The stability of the perovskite structure depend strongly on the oxidation states for the present elements and their size, allowing only certain compositions with Pt- and Rh- to synthesized

Oxyhydrides – Synthesis, Crystal Structure and Properties

This thesis focus on the research of the new and scarcely explored material class oxyhydrides, where the anionic lattice consists of both oxide and hydride anions. Selected oxyhydrides described by the formula La2‑xNdxLiHO3 (0 ≤ x ≤ 2) have been obtained by a halide salt flux method in large quantities (gram scale). We describe key factors for preparation of oxyhydrides by this approach, and we discover lithium chloride to serve as an excellent flux also below its melting temperature, opening for a completely new temperature range for synthesis of oxyhydrides. Phase pure Nd2LiHO3 was in this work produced phase pure for the first time. Neutron diffraction was employed to study the long range and local structure of La2LiHO3, and neutron spectroscopy combined with computational methods yields new insight the migration of hydride anions in the compound based on evaluation of the chemical bonding. LaSr3Fe3O9 is found to be a new layered compound with a G-type antiferromagnetic structure which is immiscible with LaSr3Fe3O10‑δ. Preliminary neutron diffraction experiments on corresponding oxyhydrides prepared by topotactic anion-exchange with CaH2, indicate successful preparation of an oxyhydride with the composition LaSr3Fe3H1.1O8.9