Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study
Authors
Acković, JovanaMicić, Ružica
Nedić, Zoran
Petrović, Tamara
Senćanski, Jelena
Pagnacco, Maja
Tančić, Pavle
Article (Accepted Version)
Metadata
Show full item recordAbstract
In this work, synthesized 12-tungstenphosphoric acid (H3PW12O40 × nH2O; PWA) was further ionically exchanged with Fe3+ ions, which led to the formation of the 12-tungstophosporic acid iron salt, (FePW12O40 × nH2O; Fe-PWA). Fe-PWA was then subjected to thermal analysis (TGA/DTA), determining the phase transition temperature of 576 °C from Fe-PWA to its corresponding phosphate tungsten bronze doped with iron, Fe-PWB. Using the X-ray powder diffraction (XRPD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and Scanning electron microscopy with an energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) method, the obtained Fe-PWA and Fe-PWB were additionally characterized, and compared. Due to channels and cavities in their structures, Fe-PWA and Fe-PWB were next examined as electrode materials for aqueous rechargeable batteries. Electrochemical measurements were done in aqueous solutions of 6 M LiNO3 by cyclic voltammetry. Fe-PWA and Fe-PWB exhibit different redox processes, which are discussed t...horoughly in this work. Electrochemical results are showing that within the Fe-PWA structure, more Li+ ions can be intercalated in the first discharge cycle, but consecutive cycling leads to a fast capacity fade. While the Fe-PWB redox process was stable during cycling, its specific capacity is limited by the material's poor electrical conductivity. Improvements in Fe-PWB conductivity must be addressed in future studies in order to boost material’s electrochemical performance.
У овом раду синтетисана је 12-волфрам фосфорна киселина (H3PW12О40 × nH2О; PWA), која је даље јонски допирана са Fe3+ јонима, што је довело до формирања соли гвожђа 12-волфрам фосфорне киселине Fe-PWA соли (FePW12О40×nH2О). Fe-PWA је затим испитан помоћу термијске анализе (TGA/DTА), фазни прелаз Fe-PWA одиграва се на температури од 576 oC, формирајући фосфат волфрамову бронзу допирану гвожђем Fe-PWB. Применом
метода дифракције рендгенских зрака на праху, инфрацрвене спектроскопије са Фуријеовом трансформацијом и скенирајуће електронске микроскопије уз енергетску дисперзивну рендгенску спектроскопију, добијени Fe-PWB је додатно карактерисан, чиме је потврђена жељена структура. Због канала и шупљина у њиховим структурама, Fe-PWA и Fe-PWB су затим испитани као електродни материјали за пуњиве батерије. Електрохемијска мерења вршена су у воденим растворима 6М LiNО3 цикличном волтаметријом. Електрохемијски резултати показују да унутар структуре Fe-PWA, више Li+ јона може бити интеркалирано...
у првом циклусу пражњења, али даље циклирање доводи до брзог смањења капацитета. Док је редокс процес Fe-PWB био стабилан током циклирања, његов специфични капацитет је ограничен слабом електричном проводљивошћу материјала. Специфични капацитет Fe-PWB је скоро незнатан, па је неопходно оптимизовати његове физичко-хемијске особине како би се вредност његовог специфичног капацитета повећала. Побољшање проводљивости Fe-PWB биће истраживана у будућим студијама, како би се побољшале електрохемијске
перформансе материјала.
Keywords:
Heteropoly compound / 12-tungstophosporic acid iron salt / Iron phosphate tungsten bronze / Keggin anion / Cyclic voltammetry / Lithium intercalation/deintercalation reactionSource:
Science of Sintering, 2023Publisher:
- Association for ETRAN Society
Funding / projects:
- Ministry of Science, Technological Development and Innovation of the Republic of Serbia, institutional funding - 200026 (University of Belgrade, Institute of Chemistry, Technology and Metallurgy - IChTM) (RS-MESTD-inst-2020-200026)
- Ministry of Science, Technological Development and Innovation of the Republic of Serbia, institutional funding - 200051 (Institute of General and Physical Chemistry, Belgrade) (RS-MESTD-inst-2020-200051)
- Ministry of Science, Technological Development and Innovation of the Republic of Serbia, institutional funding - 200146 (University of Belgrade, Faculty of Physical Chemistry) (RS-MESTD-inst-2020-200146)
- Faculty of Science and Mathematics, University of Priština in Kosovska Mitrovica (Grant No. IJ-2301)
Collections
Institution/Community
IHTMTY - JOUR AU - Acković, Jovana AU - Micić, Ružica AU - Nedić, Zoran AU - Petrović, Tamara AU - Senćanski, Jelena AU - Pagnacco, Maja AU - Tančić, Pavle PY - 2023 UR - https://cer.ihtm.bg.ac.rs/handle/123456789/7006 AB - In this work, synthesized 12-tungstenphosphoric acid (H3PW12O40 × nH2O; PWA) was further ionically exchanged with Fe3+ ions, which led to the formation of the 12-tungstophosporic acid iron salt, (FePW12O40 × nH2O; Fe-PWA). Fe-PWA was then subjected to thermal analysis (TGA/DTA), determining the phase transition temperature of 576 °C from Fe-PWA to its corresponding phosphate tungsten bronze doped with iron, Fe-PWB. Using the X-ray powder diffraction (XRPD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and Scanning electron microscopy with an energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) method, the obtained Fe-PWA and Fe-PWB were additionally characterized, and compared. Due to channels and cavities in their structures, Fe-PWA and Fe-PWB were next examined as electrode materials for aqueous rechargeable batteries. Electrochemical measurements were done in aqueous solutions of 6 M LiNO3 by cyclic voltammetry. Fe-PWA and Fe-PWB exhibit different redox processes, which are discussed thoroughly in this work. Electrochemical results are showing that within the Fe-PWA structure, more Li+ ions can be intercalated in the first discharge cycle, but consecutive cycling leads to a fast capacity fade. While the Fe-PWB redox process was stable during cycling, its specific capacity is limited by the material's poor electrical conductivity. Improvements in Fe-PWB conductivity must be addressed in future studies in order to boost material’s electrochemical performance. AB - У овом раду синтетисана је 12-волфрам фосфорна киселина (H3PW12О40 × nH2О; PWA), која је даље јонски допирана са Fe3+ јонима, што је довело до формирања соли гвожђа 12-волфрам фосфорне киселине Fe-PWA соли (FePW12О40×nH2О). Fe-PWA је затим испитан помоћу термијске анализе (TGA/DTА), фазни прелаз Fe-PWA одиграва се на температури од 576 oC, формирајући фосфат волфрамову бронзу допирану гвожђем Fe-PWB. Применом метода дифракције рендгенских зрака на праху, инфрацрвене спектроскопије са Фуријеовом трансформацијом и скенирајуће електронске микроскопије уз енергетску дисперзивну рендгенску спектроскопију, добијени Fe-PWB је додатно карактерисан, чиме је потврђена жељена структура. Због канала и шупљина у њиховим структурама, Fe-PWA и Fe-PWB су затим испитани као електродни материјали за пуњиве батерије. Електрохемијска мерења вршена су у воденим растворима 6М LiNО3 цикличном волтаметријом. Електрохемијски резултати показују да унутар структуре Fe-PWA, више Li+ јона може бити интеркалирано у првом циклусу пражњења, али даље циклирање доводи до брзог смањења капацитета. Док је редокс процес Fe-PWB био стабилан током циклирања, његов специфични капацитет је ограничен слабом електричном проводљивошћу материјала. Специфични капацитет Fe-PWB је скоро незнатан, па је неопходно оптимизовати његове физичко-хемијске особине како би се вредност његовог специфичног капацитета повећала. Побољшање проводљивости Fe-PWB биће истраживана у будућим студијама, како би се побољшале електрохемијске перформансе материјала. PB - Association for ETRAN Society T2 - Science of Sintering T1 - Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study DO - 10.2298/SOS230812053A ER -
@article{ author = "Acković, Jovana and Micić, Ružica and Nedić, Zoran and Petrović, Tamara and Senćanski, Jelena and Pagnacco, Maja and Tančić, Pavle", year = "2023", abstract = "In this work, synthesized 12-tungstenphosphoric acid (H3PW12O40 × nH2O; PWA) was further ionically exchanged with Fe3+ ions, which led to the formation of the 12-tungstophosporic acid iron salt, (FePW12O40 × nH2O; Fe-PWA). Fe-PWA was then subjected to thermal analysis (TGA/DTA), determining the phase transition temperature of 576 °C from Fe-PWA to its corresponding phosphate tungsten bronze doped with iron, Fe-PWB. Using the X-ray powder diffraction (XRPD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and Scanning electron microscopy with an energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) method, the obtained Fe-PWA and Fe-PWB were additionally characterized, and compared. Due to channels and cavities in their structures, Fe-PWA and Fe-PWB were next examined as electrode materials for aqueous rechargeable batteries. Electrochemical measurements were done in aqueous solutions of 6 M LiNO3 by cyclic voltammetry. Fe-PWA and Fe-PWB exhibit different redox processes, which are discussed thoroughly in this work. Electrochemical results are showing that within the Fe-PWA structure, more Li+ ions can be intercalated in the first discharge cycle, but consecutive cycling leads to a fast capacity fade. While the Fe-PWB redox process was stable during cycling, its specific capacity is limited by the material's poor electrical conductivity. Improvements in Fe-PWB conductivity must be addressed in future studies in order to boost material’s electrochemical performance., У овом раду синтетисана је 12-волфрам фосфорна киселина (H3PW12О40 × nH2О; PWA), која је даље јонски допирана са Fe3+ јонима, што је довело до формирања соли гвожђа 12-волфрам фосфорне киселине Fe-PWA соли (FePW12О40×nH2О). Fe-PWA је затим испитан помоћу термијске анализе (TGA/DTА), фазни прелаз Fe-PWA одиграва се на температури од 576 oC, формирајући фосфат волфрамову бронзу допирану гвожђем Fe-PWB. Применом метода дифракције рендгенских зрака на праху, инфрацрвене спектроскопије са Фуријеовом трансформацијом и скенирајуће електронске микроскопије уз енергетску дисперзивну рендгенску спектроскопију, добијени Fe-PWB је додатно карактерисан, чиме је потврђена жељена структура. Због канала и шупљина у њиховим структурама, Fe-PWA и Fe-PWB су затим испитани као електродни материјали за пуњиве батерије. Електрохемијска мерења вршена су у воденим растворима 6М LiNО3 цикличном волтаметријом. Електрохемијски резултати показују да унутар структуре Fe-PWA, више Li+ јона може бити интеркалирано у првом циклусу пражњења, али даље циклирање доводи до брзог смањења капацитета. Док је редокс процес Fe-PWB био стабилан током циклирања, његов специфични капацитет је ограничен слабом електричном проводљивошћу материјала. Специфични капацитет Fe-PWB је скоро незнатан, па је неопходно оптимизовати његове физичко-хемијске особине како би се вредност његовог специфичног капацитета повећала. Побољшање проводљивости Fe-PWB биће истраживана у будућим студијама, како би се побољшале електрохемијске перформансе материјала.", publisher = "Association for ETRAN Society", journal = "Science of Sintering", title = "Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study", doi = "10.2298/SOS230812053A" }
Acković, J., Micić, R., Nedić, Z., Petrović, T., Senćanski, J., Pagnacco, M.,& Tančić, P.. (2023). Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study. in Science of Sintering Association for ETRAN Society.. https://doi.org/10.2298/SOS230812053A
Acković J, Micić R, Nedić Z, Petrović T, Senćanski J, Pagnacco M, Tančić P. Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study. in Science of Sintering. 2023;. doi:10.2298/SOS230812053A .
Acković, Jovana, Micić, Ružica, Nedić, Zoran, Petrović, Tamara, Senćanski, Jelena, Pagnacco, Maja, Tančić, Pavle, "Synthesis, characterization and electrochemical properties of iron doped phosphate tungsten heteropoly acid (Fe-PWA) and it’s bronze (Fe-PWB): Comparative study" in Science of Sintering (2023), https://doi.org/10.2298/SOS230812053A . .