Fase de Ruddlesden-Popper

Las fases de Ruddlesden-Popper (RP) son un tipo de estructura de perovskita que consiste en láminas bidimensionales similares a la perovskita intercaladas con cationes . La fórmula general de una fase RP es A _n+1 B _n X _3n+1 , donde A y B son cationes, X es un anión (por ejemplo, oxígeno) y n es el número de capas octaédricas en el apilamiento similar a la perovskita. ^{[ 1 ]} Generalmente, tiene una estructura de fase que resulta del crecimiento conjunto de estructuras tipo perovskita y tipo NaCl (es decir, tipo sal de roca).

Estas fases reciben su nombre de SN Ruddlesden y P. Popper, quienes sintetizaron y describieron por primera vez una estructura de Ruddlesden-Popper en 1957. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La fórmula general RP A _n+1 B _n X _3n+1 se puede escribir A _n-1 A' ₂ B _n X _3n+1 , donde A y A'son metales alcalinos, alcalinotérreos o de tierras raras y B es un metal de transición. Los cationes A se encuentran en la capa de perovskita y están coordinados cuboctaédricamente 12 veces por los aniones (CN = 12). El A'Los cationes tienen un número de coordinación de 9 (CN = 9) y se ubican en el límite entre la capa de perovskita y una capa de bloque intermedia. Los cationes B se ubican dentro de los octaedros, pirámides y cuadrados aniónicos. ^{[ 4 ]}

La primera serie de fases de Ruddlesden-Popper, Sr ₂ TiO ₄ , Ca ₂ MnO ₄ y SrLaAlO ₄ , fue confirmada por difracción de rayos X de polvo (PXRD) en 1957. ^{[ 2 ]} Estos compuestos se formaron calentando los óxidos y carbonatos apropiados en las proporciones correctas.

En los últimos años, el interés por las estructuras tipo perovskita ha ido en aumento y se han desarrollado aún más los métodos para sintetizar estos compuestos. A diferencia del método convencional de estado sólido, las técnicas de química suave se utilizan con frecuencia para sintetizar esta clase de materiales. Estas técnicas de química suave incluyen reacciones de intercambio iónico de perovskitas laminares , reacciones de intercambio iónico que involucran unidades estructurales interlaminares , reacciones de condensación topoquímica y otras técnicas como reacciones de intercalación-desintercalación y reacciones de intercalación en múltiples etapas de perovskita laminar . ^{[ 5 ]}

De forma similar a las fases de perovskita parentales , las fases de Ruddlesden-Popper pueden poseer propiedades interesantes como magnetoresistencia colosal , ^{[ 6 ]} superconductividad , ferroelectricidad , ^{[ 7 ]} y actividad catalítica , ^{[ 8 ]} y tienen aplicaciones como diodos emisores de luz blanca , ^{[ 9 ]} centelleadores , ^{[ 10 ] [ 11 ]} pilas de combustible, ^{[ 12 ]} y células solares. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

El uso de perovskita de Ruddlesden-Popper como diodos emisores de luz tiene las ventajas de un procesamiento en solución de bajo costo, una banda prohibida ajustable y una mejor estabilidad en comparación con la perovskita 3D. En 2018, Mohite et al. lograron una operación estable de 14 horas de películas delgadas de perovskita de Ruddlesden-Popper 2D (CH ₃ (CH ₂ ) ₃ NH ₃ ) ₂ (CH ₃ NH ₃ ) _n-1 Pb _n I _3n+1 como diodos emisores de luz en condiciones de operación, mientras que la perovskita 3D como diodos emisores de luz podía degradarse en minutos. ^{[ 15 ]}

La fase de Ruddlesden-Popper LaSr₃Fe₃O₁₀ _es un ejemplo de una perovskita en capas que se está desarrollando para su uso en baterías recargables _de metal-aire . ^{[ 17 ]} Debido a la naturaleza en capas de las estructuras de Ruddlesden-Popper, el oxígeno ubicado entre las capas de perovskita se elimina fácilmente. La facilidad para eliminar los átomos de oxígeno es responsable de la eficiencia de la reacción _de evolución de oxígeno (OER) y la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en el material. En una batería de metal-aire, la OER es el proceso de carga que ocurre en el electrodo de aire, mientras que la ORR es la reacción de descarga.

Las perovskitas de fase Ruddlesden-Popper también son materiales candidatos prometedores para dispositivos de almacenamiento _de energía. La fórmula (R-NH₃ ₎ ₂Aₙ₋₁BₙX₃ₙ₊₁ _se está desarrollando para células solares . Aquí, R-NH₃₊ es ^{una cadena orgánica larga o} _{un catión de amonio cíclico} , A es metilamina (MA ₎ o formamidina (FA), B es Pb o Sn, y X son iones halógenos. ^{[ 14 ]} Las perovskitas de Ruddlesden-Popper también se pueden utilizar como materiales de cátodo para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). ^{[ 12 ]}