SYNTHESE ET CARACTERISATION DE POUDRE D’OXYDES LaCrO3

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3^ème Conférence Internationale sur

le Soudage, le CND et l’Industrie des Matériaux et Alliages (IC-WNDT-MI’12) Oran du 26 au 28 Novembre 2012, http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 10

SYNTHESE ET CARACTERISATION DE POUDRE D’OXYDES LaCrO

₃

PAR VOIE SOL GEL.

K.Adaika ¹, M.Omari ²

1: Département de chimie industrielle, université de Biskra, B.P.145, RP Biskra 07000, Algérie. 2: Département de chimie, université de Biskra, B.P.145, RP Biskra 07000, Algérie.

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Résumé :

La synthèse et l’étude des oxydes mixtes pour la mise en forme de nouveaux matériaux d’électrode à oxygène dans les générateurs électrochimiques. Dans notre étude nous joindrons l’effet de la température de calcination sur les caractéristiques structurale de la pérovskite LaCrO3.

Le composé a été synthétisé par vois de sol gel et calciné à différentes températures.

La structure pérovskite a été confirmé par spectroscopie infrarouge et par diffraction aux rayons X, et ont montré qu’une phase pure orthorhombique de structure pérovskite a été obtenue à de température >

800°C.

Mots clés : Oxyde mixte, Pérovskite, Sol-gel, LaCrO₃, Température de calcination, DRX, IR.

1 Introduction

Les matériaux de structure pérovskite de formule ABO₃; ou (A est habituellement une terre rare et B, un métal de transition) sont intéressant comme des matériaux conducteurs électroniques. Ils sont utilisés comme cathode de pile SOFC, comme des catalyseurs de combustion ou pour d’autres processus catalytiques à hautes températures dus à leur stabilité thermique et chimique élevée [1-2]. Ce type structural particulier suscite l’intérêt des chimistes et des physiciens du solide de par ses propriétés physiques remarquables fréquemment rencontrées (supraconductivité à haute température, piézo- électricité, magnétorésistance géante, pourvoir thermoélectrique important) [3].

L’activité catalytique de ce type de matériaux peut être favorisée par es changements de la stœchiométrie du composé qui pourrait mener à la génération des défauts actifs favorisant l’activation des espèces de l’oxygène et qui pourrait être modifiée lors du changement de la température de calcination pendant la préparation [4].

D’autre part, ces matériaux peuvent être de bons conducteurs mixtes (conduction électronique et ioniques par ions oxydes O^2-). Ils sont une stabilité chimique en atmosphère réductrice suffisante, d’où des applications potentielles en tant qu’électrode pour les piles à combustibles ou comme membrane pour la séparation de l’oxygène.

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Les oxydes conducteurs mixtes des ions O^2- et des électrons, trouvent des applications intéressants dans des domaines technologiques variés en électrochimie et en catalyse .utilisés dans une membrane dense, ils présentent un intérêt croissant pour la conversion catalytique du gaz naturel en gaz de synthèse (H₂+CO) grâce a un meilleur rendement de ce procédé et a des couts inférieurs aux technologies actuelles [5].

Le développement industriels des piles a combustibles est aujourd’hui limité par la dégradation trop rapide des électrodes a 1000° C due a la réactivité chimique entre éléments, a une mauvaise tenue mécanique des matériaux et a la nécessité d’utiliser des matériaux d’interconnexion onéreux tels que les chromites de lanthane. Les recherches sont orientées depuis quelques années vers l’abaissement de la température de fonctionnement autour de 700°C .Ceci permettrait, d’une part, d’utiliser des aciers inoxydables comme matériaux d’interconnexion et, d’ autre part, de limiter la dégradation des électrodes.

Cet abaissement de la temperature n’est cependant pas sans conséquence : il entraine une chute de la conductivité ionique au des électrodes.

2 Expérimentale

De nombreuses méthodes de chimie douce ont été utilisées pour obtenir des hydroxydes, parmi celles-ci, on peut citer sol-gel. Durant ce travail, le composé LaCrO3 à été préparé par la solution nitrate du lanthane hydraté (La(NO3)3,6H2O) et du nitrate de chrome (Cr(NO3)3,9H2O) avec l’acide citrique qui permettre de former un gel.

Les deux nitrates ont été dissous dans un volume équivalent de solvant.

A fin de synthétisé se produit, le gel est placé dans une étuve pendant une nuit à une température de 100°C. Le précurseur obtenu est ensuite broyé, calciné pendant 6 heures dans un four électrique à une température de 1000°C.

Tout les étapes de synthèses par voie sol gel sont présentés par la Fig.1.

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Figure 1 : Organigramme de la synthèse

3 Caractérisations physico-chimie 3-1 Spectre Infrarouge.

Les spectres infrarouges relative à l’oxyde LaCrO₃, obtenu après une calcination à 1000 °C /6h, est présente dans la figure .2. Les bandes liées ou groupement hydroxyde et l’eau ainsi qu’aux nitrates ont complètement disparues.

Phase pérovskite pure.

Gel

La(NO ₃ ) ₃ ,6H ₂ O +Cr(NO ₃ ) ₃ ,9H ₂ O

Dissolution dans l’eau distillée Acide Citrique

Agitation 4h /80-100°C.

Séchage à T =100°C/24h. Broyage

Calcination à T =1000°C/6h.

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Les bandes intenses observées vers 590 cm^-1correspond ]6-8] à la vibration de valence, indiquant la formation de la liaison Cr-O , qui est la caractéristique de la structure pérovskite. Cette bande est apparait avec un petit décalage, ce décalage est du aux différentes réactions de décomposition qui se produisent pendant la formation de la phase pérovskite. Par ailleurs, une importante apparition de bandes à 430 cm^-1, qui est attribuée aux vibrations des liaisons O-Cr-O dans la pérovskite LaCrO 3 [9-11].Cela confirme la formation de la phase pérovskite.

2000 1750 1500 1250 1000 750 500

Transmitance %

(Cm^-1) T =1000°C

T =800°C

T =600°C

Figure 2 : Spectre des transmitance infrarouge du LaCrO3

3-2 Diffraction des rayons X.

L’ensemble des diffractogrammes relatifs au système LaCrO₃ ont été enregistré dans les mêmes conditions opératoires, ils sont présentés dans la Fig.3.

Les différents spectres présentés sur la Fig.3 permettent d’identifier la structure d’oxyde élaboré par voie sol gel. Ce composé cristallise dans une phase pérovskite de structure orthorhombique. Ceci est conforme à la fiche ASTM (JCPDS00-033-0701) [12].

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20 30 40 50 60 70

Intencity

2

T = 1000°C T = 800°C T = 600°C

Figure 3 : Spectre DRX d’oxyde LaCrO3.

4 Conclusion

Dans notre travail, l’élaboration de nos matériaux par la méthode de synthèse dite de sol gel et la caractérisation physicochimique du système LaCrO3 nous a permis d’arriver aux conclus que les spectres infrarouge relatifs à l’oxyde LaCrO3 réalisés, montrent que les bandes liées au groupement, l’eau hygroscopique et l’eau cristallisée ont complètement disparues à température supérieure ou égale 800 °C.

Par ailleurs une importante apparition de deux bandes qui sont attribuées a la vibration de la liaison Cr-O et aux vibrations des liaisons O-Cr-O dans la pérovskite LaCrO3 cela confirme de la phase pérovskite.

L’étude par diffraction des rayons X, nous a montre que la structure pérovskite est apparaître a partir de 800°C. Ceci est confirme à la fiche ASTM (JCPDS00-033-0701). Les résultats de cette fiche nous relève que notre pérovskite est de phase orthorhombique.

Références

[1] J.G.McCarty, H.Wise, Catal. Today 8(1990)231.

[2] M.R.Gldwasser, M.E. Rivas, E.Pietri,

[3] M.J.Perez-Zurita, M.L. Cubeiro, L. Gingembre, L.Leclersq, G. Leclercq, Appl.Catal.A255 (2003)45.

[4] M.V.Patrakeev, J.A.Bahteeva, E.B.Mitberg, I.A.Leonidov, V.L, Kozhevnikov, and K.R.

Poeppelmeier, Electron / Hole and ion transport in La1-x SrxFeO3-δ

[5] M.A.Pena, J.L.G.Fierro, Chem.Rev.101 (2001)1981

[6] J.Mizusaki, M. Yoshihiro, S. Yamauchi, and K. Fueki, Nonstoichiomety and defect structure of the perovskite- type oxides La1-x SrxFeO3-δ , J.Solid state chemistry 58 51985) 257-266

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[7] Pirogova, G.N., Korosteleva, R.I., Panich, N.M., Lagutina, T.A., and Voronin, Y.V.(1994).

“Catalytic Oxidation of Co. Hydrocarbons, and Ethyl-Acetate over Perovskite- type complexe oxides”, Russian Chemical bulletin,43(4), pp551-554.

[8] Singh RN, Lal B. Int J Hydrogen Energy 2000; 27:45.

[9] Xiong G, Zhi ZL, Yang X, Lu L, Wang X. J Mater Sci Lett. 1997, 16:1064 [10] A. Davydov, Infrared Spectroscopy of Adsor

[11] Bed Species on the Surface of Transition Metal Oxides , Wiley, England, 1990.

[12] E. Baran, Catal. Today 8 (1990)133-151.

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