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Comprehensive Study of Oxygen Storage in YbFe2O4+x (x ≤ 0.5): Unprecedented Coexistence of FeOn Polyhedra in One Single Phase

Authors :
Alain Pautrat
Olivier Mentré
Marielle Huvé
Claire V. Colin
Mathieu Duttine
Sarah Nicoud
Houria Kabbour
Olivier Hernandez
Alain Wattiaux
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS)
Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB)
Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Matériaux, Rayonnements, Structure (NEEL - MRS)
Institut Néel (NEEL)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
the LOVE ME project supported by the ANR (Grant ANR ANR-16-CE08-0023). The Fonds Européen de Développement Régional (FEDER), CNRS, Région Nord Pas-de-Calais, and Ministère de l’Education Nationale,de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche
Chevreul Institute (FR 2638), Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Région Nord – Pas de Calais, and FEDER are acknowledged for supporting and funding partially this work. 'Conseil Regional des Hauts-de-France' and the 'European Regional Development Fund (ERDF)'.
ANR-16-CE08-0023,LOVE-ME,Couplages Magnéto-Electriques exacerbés dans des matériaux à unités ferromagnétiques(2016)
ENSCL
CNRS
Centrale Lille
Univ. Artois
Université de Lille
Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS) - UMR 8181
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS) - UMR 8181
Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Matériaux, Rayonnements, Structure (MRS)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of the American Chemical Society, Journal of the American Chemical Society, 2017, 139 (47), pp.17031-17043. ⟨10.1021/jacs.7b06409⟩, Journal of the American Chemical Society, American Chemical Society, 2017, 139 (47), pp.17031-17043. ⟨10.1021/jacs.7b06409⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2017.

Abstract

The multiferroic LuFe2.5+2O4 was recently proposed as a promising material for oxygen storage due to its easy reversible oxidation into LuFe3+2O4.5. We have investigated the similar scenario in YbFe2O4+x, leading to a slightly greater oxygen storage (OSC) capacity of 1434 μmol O/g. For the first time, the structural model of LnFe2O4.5 was fully understood by high-resolution microscopy images, and synchrotron and neutron diffraction experiments, as well as maximum entropy method. The oxygen uptake promotes a reconstructive shearing of the [YbO2] sub-units controlled by the adaptive Ln/Fe oxygen coordination and the Fe2/3+ redox. After oxidation, the rearrangement of the Fe coordination polyhedra is unique such that all available FeOn units (n = 6, 5, 4 in octahedra, square pyramids, trigonal bipyramids, tetrahedra) were identified in modulated rows growing in plane. This complex pseudo-ordering gives rise to short-range antiferromagnetic correlation within an insulating state.

Details

ISSN :
15205126 and 00027863
Volume :
139
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of the American Chemical Society
Accession number :
edsair.doi.dedup.....fb0e62679fdc3edf36b8fcc6ee1d946d