Структурні, морфологічні та електрохімічні властивості NaFeO₂, синтезованого сонячним плавленням
Анотація
У цій статті представлено синтез тетрагонального фероксиду натрію (NaFeO₂) методом плавлення в сонячній печі. Отриманий матеріал характеризується квазісферичною морфологією, середнім розміром частинок ~1,2 мкм, високою кристалічністю (⁓ 92%) та полідисперсним розподілом, що забезпечує ефективні шляхи транспорту та рівномірне проникнення електроліту. SEM-аналіз виявив утворення пористих агрегатів наногранулярних частинок (200-500 нм) з розвиненою питомою поверхнею (5-10 м²/г). DTA/TGA демонструє багатоступеневі термічні перетворення системи Na₂CO₃+Fe₂O₃ з утворенням NaFeO₂ при 800-850 °C, що підтверджує термічну стабільність матеріалу. Рентгеноструктурний аналіз підтвердив високу кристалічність тетрагональної фази з параметрами a=4,47 Å, c=14,4 Å та розміром області когерентного розсіювання ⁓ 28 нм. Отримані дані свідчать про високу структурну стабільність та електрохімічну активність NaFeO₂, що робить його перспективним для використання в натрій-іонних акумуляторах.
Завантаження
Посилання
A.F. Salam, X. Zheng, Z. Chen, Y. Liao, D.K. Kim, S.S. Mofarah, P. Koshy, et al., “Sodium-ion battery development since 2020 with future perspectives,” Journal of Materials Chemistry A, 14, 9115-9137 (2026). https://doi.org/10.1039/D5TA07726E
Y. Li, “Review of sodium-ion battery research,” Advances in Engineering Innovation, 16(3), 31-37 (2025). https://doi.org/10.54254/2977-3903/2025.21919
S.F. Samadov, N.V.M. Trung, A.A. Sidorin, S.I. Ibragimova, S.H. Jabarov, M.A. Yuldoshev, O.S. Orlov, Y.I. Aliyev, Micro and Nanostructures, 209, 208451 (2026). https://doi.org/10.1016/j.micrna.2025.208451
P. Phogat, S. Dey, and M. Wan, “Comprehensive review of Sodium-Ion Batteries: Principles, Materials, Performance, Challenges, and future Perspectives,” Materials Science and Engineering: B, 312, 117870 (2025). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2024.117870
L. Zhao, T. Zhang, W. Li, T. Li, L. Zhang, X. Zhang, and Zh. Wang, “Engineering of Sodium-ion Batteries: Opportunities and Challenges,” Engineering, 24(5), (2023). https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.08.032
J.Y. Hwang, S.T. Myung and Y.K. Sun, “Sodium-ion batteries: present and future,” Chem. Soc. Rev. 46, 3529-3614 (2017). https://doi.org/10.1039/C6CS00776G
J.-Y. Hwang, S.-T. Myung, and Y.-K. Sun, “Sodium-ion batteries: present and future,” Chem. Soc. Rev. 46, 3529-3614 (2017). https://doi.org/10.1039/C6CS00776G
J. Jayachitra, J.R. Joshua, A. Balamurugan, N. Sivakumar, V. Sharmila, S. Shanavas, M.A. Haija, et al., “High electrode performance of hydrothermally developed activated C coated O3-NaFeO2 electrode for Na-ion batteries applications,” Ceramics International, 49(1), 48-56 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.110
Y. Li, Y. Gao, X. Wang, Xi Shen, Q. Kong, R. Yu, G. Lu, et al., “Iron migration and oxygen oxidation during sodium extraction from NaFeO2,” Nano Energy, 47, 519-526 (2018). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.03.007
Zh.Ch. Jian, J.X. Guo, Y. Liu, Y. Zhu, J. Wang, and Y. Xiao, “Cation migration in layered oxide cathodes for sodium-ion batteries: fundamental failure mechanisms and practical modulation strategies,” Chem. Sci, 15, 19698-19728 (2024). https://doi.org/10.1039/D4SC05206D
M.C. Blesa, E. Moran, C. León, J. Santamaria, J.D. Tornero, and N. Menéndez, “α-NaFeO2: ionic conductivity and sodium extraction,” Solid State Ionics, 126(1-2), 81-87 (1999). https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00145-9
R.D. McAuliffe, G.E. Kamm, M.J. McDermott, R.P. Hermann, N.V. Garcia, R.L. Sacci, K.A. Persson, et al., “Direct Mechanochemical Synthesis, Phase Stability, and Electrochemical Performance of α NaFeO2,” Inorganic Chemistry, 62(8), 3358 3367 (2023). https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.2c03286
M.A. Rusho, T.A. Ahmed, L.H. Saleh, S.W. Ghori, E. Muniyandy, S. Usanov, M. Latipova, et al., “Design and synthesis of decorated palladium nanoparticles on chitosan-tannic acid modified magnetic nanoparticles and evaluation of its catalytic application in the Heck coupling reactions,” Journal of Organometallic Chemistry, 1039, 123773 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2025.123773
H. Watanabe, H. Usui, Y. Domi, T. Nishida, K. Uetake, T. Tanaka, H. Kurokawa, et al., “NaFeO2: Possible Materials for Anode and Cathode of Na-Ion Batteries,” ACS Electrochemistry, 1(1), 73-81 (2025). https://doi.org/10.1021/acselectrochem.4c00024
V. Shipitsyn, et al., “Advancing Sodium-Ion Battery Cathodes: A Low-Cost, Eco-Friendly Mechanofusion Route from TiO2 Coating to Ti4+ Doping,” Chem. Mater. 37, 6059-6068 (2025). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c01485
X. Zhao, Qi Liu, W. He, D. Mu, L. Li, R. Chen, and F. Wu, “Uniform Al2O3 coating for improved cycling stability of O3-type sodium-ion batteries cathode: Mechanisms and performance insights,” Journal of Energy Storage, 131, Part A, 117548 (2025). https://doi.org/10.1016/j.est.2025.117548
J. Zhao, L. Zhao, N. Dimov, Sh. Okada, and T. Nishida, “Electrochemical and thermal properties of α-NaFeO2 cathode for Na-ion batteries,” Journal of the Electrochemical Society, 160(5), A3077-A3081 (2013). https://doi.org/10.1149/2.007305jes
N. Yabuuchi, K. Kubota, M. Dahbi, and Sh. Komaba, “Research Development on Sodium-Ion Batteries,” Chem. Rev. 114(23), 11636 11682 (2014). https://doi.org/10.1021/cr500192f
M.G.D. Guaita, O.J. Oliveira, P.R. Silva, L.H. Antonia, and A. Urbano, “New NaFeO2 synthesis route for green sodium-ion batteries,” Green Materials, 11(3), 115-124 (2022). https://doi.org/10.1680/jgrma.21.00050
M.S. Paizullakhanov, F.A. Giyasova, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, A.A. Mamadaliev, F.A. Giyasov, F.T. Akbarova, et al., “Investigation of the Processes Involved in the Formation of Pyroxene Materials during Solar Melting in a Large Solar Furnace,” Journal of Ovonic Research, 22(1), (2026). https://doi.org/10.15251/JOR.2026.221.51
M.S. Payzullakhanov, F.A. Giyasova, M.A. Yuldoshev, Ch.X. Toshpulatov, R.U. Ernazarov, F.A. Giyasov, A. Urishev, et al., East Eur. J. Phys. (1), 233 (2026). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-1-25
M.S. Paizullakhanov, O.R. Parpiev, F.N. Ernazarov, et al., “Features of Barium–Strontium Cobaltite as a Catalyst for Hydrogen Generation,” Glass Phys. Chem. 50, 55–60 (2024). https://doi.org/10.1134/S1087659623601181
M.S. Paizullakhanov, N.K. Karshieva, F.N. Ernazarov, et al., “Studying the Possibility of Applying Barium-Strontium Cobaltite in Hydrogen Energy,” Therm. Eng. 71, 280–284 (2024). https://doi.org/10.1134/S0040601524030054
N.Yu. Sharibaev, A.Q. Ergashov, S.B. Fazliddinov, R.G. Ikramov, M.A. Yuldoshev, and A.A. Abdulxayev, “Photoelectric characteristics of TiO2-based on thin-film solar elements with ruthenium (II) compounds,” Journal of Ovonic Research, 21(6), (2025). https://doi.org/10.15251/JOR.2025.216.859
Sh. I. Klychev, S. A. Bakhramov, O. R. Parpiev, M. S. Paizullakhanov, L. S. Suvonova, D. E. Kadyrgulov, E. K. Matjanov, et al., “Optical-Energy Characteristics and Heating Temperatures in Small Single-Mirror Solar Furnaces,” Applied Solar Energy, 60(5), 703-707 (2025). https://doi.org/10.3103/S0003701X24602394
Sh.B. Utamuradova, F.A. Giyasova, K.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, M.R. Bekchanova, and B. Ismatov, “Current Transfer Mechanism in A Thin-Based Heterosystem Based on A2B6 Compounds,” East Eur. J. Phys. (3), 325 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-31
M.A. Yuldoshev, Z.T. Azamatov, A.B. Bakhromov, and M.R. Bekchanova, East Eur. J. Phys. (4), 250 (2024), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-25
F.A. Giyasova, A.Z. Rakhmatov, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, F.A. Giyasov, A.N. Olimov, and N.A. Sattarov, East Eur. J. Phys. (4), 397 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-38
A. Mudroch, J.M. Azcue, and P. Mudroch, Manual of Physico-Chemical Analysis of Aquatic Sediments, (CRC Press, 1996).
N. Đorđević, S. Mihajlović, G. Jovanović, and B. Marković, “DTA/TG analysis of mechanochemically activated sodium carbonate,” Podzemni Radovi, (38), 47-55 (2021). https://doi.org/10.5937/podrad2138047Q
J. Matrasulov, J.R. Yusupov, and A.A. Saidov, “Fast forward evolution in heat equation: Tunable heat transport in adiabatic regime,” Phys. Chem. Math, 14(4), 421-427 (2023). https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-4-421-427
A.J. Müller, and R.M. Michell, “Differential Scanning Calorimetry of Polymers” in: Polymer Morphology, (2016), pp.72-99, https://doi.org/10.1002/9781118892756
P. Kaur, M. Singh, and P. Birwal, “Differential Scanning Calorimetry (DSC) for the Measurement of Food Thermal Characteristics and Its Relation to Composition and Structure,” in: Techniques to Measure Food Safety and Quality, edited by M.S. Khan, and M.Sh. Rahman, (Springer, 2021). https://doi.org/10.1007/978-3-030-68636-9_13
M. Labus, M. Irena, and K. Ziemianin, “Thermal Decomposition Processes in Relation to the Type of Organic Matter, Mineral and Maceral Composition of Menilite Shales,” Energies, 16(11), 4500 (2023). https://doi.org/10.3390/en16114500
F.A. Giyasova, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, I.B. Sapaev, R.G. Ikramov, F.A. Giyasov, M.R. Bekchanova, et al., “Study of The Influence of Temperature on the Transitions of the CdS/Si/CdTe Heterosystem,” East Eur. J. Phys. (4), 461 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-47
G.P. Luo, Q. Sun, Y.B. Wang, and J.G. Zhu, “Influence of Na2O Content on Lattice Structures of Iron Oxides during Reduction Process of Fe2O3 Briquetting,” in: 4th Annual International Conference on Material Science and Engineering, (ICMSE 2016), pp. 0118-0126.
H. Takasu, H. Hoshino, Y. Tamura, S.T. Kim, and Y. Kato, “Sodium Ferrite/Carbon Dioxide Reactivity for High Temperature Thermochemical Energy Storage,” ISIJ International, 59(4), 715-720 (2019). https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-182
J. Huang, T. Furukawa, and K. Aoto, “High temperature behavior of Na-Fe oxides in H2O+CO2 atmosphere,” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(2-4), 388-391 (2005). https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.06.084
T. Arlt, R.J. Angel, R. Miletich, Th. Armbruster, and T. Peters, “High-pressure P21/c-C2/c phase transitions in clinopyroxenes; influence of cation size and electronic structure,” American Mineralogist, 83, 1176-1181 (1998). https://doi.org/10.2138/am-1998-11-1205
N. Kuganathan, N. Kelaidis, and A. Chroneos, “Defect Chemistry, Sodium Diffusion and Doping Behaviour in NaFeO2 Polymorphs as Cathode Materials for Na-Ion Batteries: A Computational Study,” Materials, 12(19), 3243 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12193243
G.M. Milibaeva, H.T. Yusupov, D.G. Berdiyorova, Y. Rakhimova, M. Yusupov, A. Chaves, and Kh. Rakhimov, “Wave packet propagation through square and triangular patterned circular potential scatterers in graphene,” Physica Scripta, 100(12), 125945 (2025). https://doi.org/10.1088/1402-4896/ae2a7d
N. Yabuuchi, H. Yoshida, and S. Komaba, “Crystal structures and electrode performance of alpha-NaFeO2 for rechargeable sodium batteries,” Electrochemistry, 80(10), 716-719 (2012). https://doi.org/10.5796/electrochemistry.80.716
D. Balzar, “X-Ray Diffraction Line Broadening: Modeling and Applications to High-Tc Superconductors,” J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 98(3), 321-353 (1993). https://doi.org/10.6028/jres.098.026
O. Ergashev, Kh. Bakhronov, F. Giyasova, E. Nazirakhon, R. Yunusova, V. Gaffarova, O. Ochilova, et al., “Energy Characteristics, Adsorption Kinetics, and Mechanism of Triethylamine Adsorption on CsZSM-5 Zeolite,” J. Appl. Organomet. Chem, 6(1), 43-52 (2026). https://doi.org/10.48309/JAOC.2026.546865.1334
B. Silván, E. Gonzalo, L. Djuandhi, F. Fauth, N. Sharma, and D. Saurel, “On the dynamics of transition metal migration and its impact on the performance of layered oxides for sodium-ion batteries: NaFeO2 as a case study,” Journal of Materials Chemistry A, 6(31) (2018). https://doi.org/10.1039/C8TA02473A
Y. Zhao, Q. Lai, Y. Hao, H. Zeng, H. Chu, and Zh. Lin, “A porous spherical aggregation of Li4Mn5O12 nanorods and its electrochemical performance,” Journal of Power Sources, 195(13), 4400-4405 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.01.072
M. Müller, L. Schneider, N. Bohn, J.R. Binder, and W. Baue, “Effect of Nanostructured and Open-Porous Particle Morphology on Electrode Processing and Electrochemical Performance of Li-Ion Batteries,” ACS Appl. Energy Mater, 4, 1993-2003 (2021). https://doi.org/10.1021/acsaem.0c03187
Sh.I. Nabiyev, Kh.N. Bozorov, et al., “Study of the Formation of Radiation Defects in Irradiated Silicon Samples, Doped with Chromium Atoms,” East Eur. J. Phys. (1), 228 (2026). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-1-24
Zh. Sun, N. Ya, R.C. Adams, and F.S. Fang, “Particle size specifications for solid oral dosage forms: A regulatory perspective,” American Pharmaceutical Review, 13(4), 68-73 (2010).
A.J.R. Rennie, V.L. Martins, R.M. Smith, and P.J. Hall, “Influence of Particle Size Distribution on the Performance of Ionic Liquid-based Electrochemical Double Layer Capacitors,” Scientific Reports, 6(1), 22062 (2016). https://doi.org/10.1038/srep22062
H. Liu, X. Cheng, Y. Chong, Hong Yuan, and J. Huang, “Advanced electrode processing of lithium-ion batteries: A review of powder technology in battery fabrication,” Particuology, 57, 56-71 (2021). https://doi.org/10.1016/j.partic.2020.12.003
M.S. Payzullakhanov, Sh.D. Payziyev, and S.Kh. Suleymanov, “Modeling of Processes of Heating and Cooling of Materials in a Solar Furnace,” Applied Solar Energy, 55(6), 404-408 (2019). https://doi.org/10.3103/S0003701X19060082
Авторське право (c) 2026 М.С. Пайзуллаханов, Ф.А. Гіясовa, М.А. Юлдошев, Б.Б. Гулямов, Ф.А. Гіясов, А.Е. Отарбаєв, С.М. Касімов, U.A. Насрітдінова, Г.Б. Різамухамедова, Н.Б. Холбоєва, А.А. Абдувахобов, А.А. Мамадалієв
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
