inorganic compounds
β-Nb9VO25
aLaboratoire de Matériaux et Cristallochimie, Faculté des Sciences de Tunis, Université de Tunis El Manar, 2092 El Manar Tunis, Tunisia
*Correspondence e-mail: c.fatouma@yahoo.fr
The title compound, nonaniobium vanadium pentacosaoxide, was prepared by a solid-state reaction at 1198 K. It is isotypic with Nb9AsO25, Nb9PO25 and Ta9VO25. The structure consists of NbO6 octahedra (one with 4/m.. and two with m.. symmetry) and VO4 tetrahedra (-4.. symmetry) sharing corners and edges to form a three-dimensional framework. This framework can be considered as a junction between ribbons made up from NbO6 octahedra and chains of NbO6 octahedra and chains of VO4 tetrahedra. The V site shows half-occupancy, hence one half of the VO4 tetrahedra is unoccupied. The structural differences with α-Nb9VO25, VOSO4, SbOPO4 and NbOPO4 oxides are discussed.
CCDC reference: 996072
Related literature
For isotypic compouds, see: Ulutagay et al. (1998); Roth et al. (1965); Casais et al. (1993). For physical properties, see: Prabaharan et al. (1997); Aranda et al. (1992); Bergner et al. (2009). For details of structurally related compounds, see: Haddad & Jouini (1996, 1997); Zid et al. (1992); Casais et al. (1993); Chérif et al. (2011); Roth et al. (1965); Köhler et al. (1989); Piffard et al. (1986); Longo & Arnott (1970); Tachez et al. (1981); Amos et al. (1998). For details of bond-valence calculations, see: Brown & Altermatt (1985).
Experimental
Crystal data
|
Data collection: CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992); cell CAD-4 EXPRESS; data reduction: XCAD4 (Harms & Wocadlo, 1995); program(s) used to solve structure: SHELXS97 (Sheldrick, 2008); program(s) used to refine structure: SHELXL97 (Sheldrick, 2008); molecular graphics: DIAMOND (Brandenburg & Putz, 1999); software used to prepare material for publication: WinGX (Farrugia, 2012).
Supporting information
CCDC reference: 996072
10.1107/S1600536814007831/vn2081sup1.cif
contains datablock I. DOI:Structure factors: contains datablock I. DOI: 10.1107/S1600536814007831/vn2081Isup2.hkl
Les cristaux de Nb9VO25 ont été obtenus par réaction à l'état solide à partir des réactifs suivants: Nb2O5 (FLUKA, 72520), V2O5 (ACROS ORGANICS, A018448201) et Na2CO3 (PROLABO, 27778) pris dans les proportions Na:Nb:V=3:6:1. Le mélange, finement broyé, a été mis dans un creuset en porcelaine, placé dans un four puis préchauffé à l'air à 623 K pendant 24 heures en vue d'éliminer les composés volatils: NH3 et CO2. Il est ensuite porté à une température proche de sa fusion, 1198 K. Le mélange est maintenu à cette température pendant une semaine pour favoriser la germination et la croissance des cristaux puis il subit en premier lieu un refroidissement lent (5°/jour) jusqu'à 1098 K puis un second rapide (50°/h) jusqu'à la température ambiante. Des cristaux de couleur jaune sous forme de baguettes ont été isolés à l'aide d'une loupe binoculaire.
L'analyse de la carte de Fourier différence finale ne révèle aucun pic résiduel significatif. Par ailleurs les ellipsoïdes sont très bien définis. Les densités d'électrons maximum et minimum restants dans la Fourier-différence sont situées respectivements à 0.36 Å de Nb1 et à 1.24 Å de O5. Il en résulte la composition chimique finale, Nb9VO25 du matériau obtenu.
Data collection: CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992); cell
CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992); data reduction: XCAD4 (Harms & Wocadlo, 1995); program(s) used to solve structure: SHELXS97 (Sheldrick, 2008); program(s) used to refine structure: SHELXL97 (Sheldrick, 2008); molecular graphics: DIAMOND (Brandenburg & Putz, 1999); software used to prepare material for publication: WinGX (Farrugia, 2012).Nb9VO25 | Dx = 4.475 Mg m−3 |
Mr = 1287.13 | Mo Kα radiation, λ = 0.71073 Å |
Tetragonal, I4/m | Cell parameters from 25 reflections |
Hall symbol: -I 4 | θ = 11–15° |
a = 15.7726 (9) Å | µ = 5.78 mm−1 |
c = 3.8399 (6) Å | T = 298 K |
V = 955.27 (17) Å3 | Prism, yellow |
Z = 2 | 0.14 × 0.05 × 0.04 mm |
F(000) = 1184 |
Enraf–Nonius CAD-4 diffractometer | 363 reflections with I > 2σ(I) |
Radiation source: fine-focus sealed tube | Rint = 0.044 |
Graphite monochromator | θmax = 26.9°, θmin = 2.6° |
ω/2θ scans | h = −20→1 |
Absorption correction: ψ scan (North et al., 1968) | k = −20→1 |
Tmin = 0.695, Tmax = 0.812 | l = −4→1 |
851 measured reflections | 2 standard reflections every 120 min |
593 independent reflections | intensity decay: 1.1% |
Refinement on F2 | Primary atom site location: structure-invariant direct methods |
Least-squares matrix: full | Secondary atom site location: difference Fourier map |
R[F2 > 2σ(F2)] = 0.034 | w = 1/[σ2(Fo2) + (0.0234P)2] where P = (Fo2 + 2Fc2)/3 |
wR(F2) = 0.086 | (Δ/σ)max < 0.001 |
S = 0.99 | Δρmax = 1.15 e Å−3 |
593 reflections | Δρmin = −1.52 e Å−3 |
56 parameters | Extinction correction: SHELXL97 (Sheldrick, 2008), Fc*=kFc[1+0.001xFc2λ3/sin(2θ)]-1/4 |
0 restraints | Extinction coefficient: 0.0050 (3) |
Nb9VO25 | Z = 2 |
Mr = 1287.13 | Mo Kα radiation |
Tetragonal, I4/m | µ = 5.78 mm−1 |
a = 15.7726 (9) Å | T = 298 K |
c = 3.8399 (6) Å | 0.14 × 0.05 × 0.04 mm |
V = 955.27 (17) Å3 |
Enraf–Nonius CAD-4 diffractometer | 363 reflections with I > 2σ(I) |
Absorption correction: ψ scan (North et al., 1968) | Rint = 0.044 |
Tmin = 0.695, Tmax = 0.812 | 2 standard reflections every 120 min |
851 measured reflections | intensity decay: 1.1% |
593 independent reflections |
R[F2 > 2σ(F2)] = 0.034 | 56 parameters |
wR(F2) = 0.086 | 0 restraints |
S = 0.99 | Δρmax = 1.15 e Å−3 |
593 reflections | Δρmin = −1.52 e Å−3 |
Experimental. Le cristal étant de faible taille, la correction d'absorption par psi-scan n'a pas amélioré le résultat de l'affinement. |
Geometry. All e.s.d.'s (except the e.s.d. in the dihedral angle between two l.s. planes) are estimated using the full covariance matrix. The cell e.s.d.'s are taken into account individually in the estimation of e.s.d.'s in distances, angles and torsion angles; correlations between e.s.d.'s in cell parameters are only used when they are defined by crystal symmetry. An approximate (isotropic) treatment of cell e.s.d.'s is used for estimating e.s.d.'s involving l.s. planes. |
Refinement. Refinement of F2 against ALL reflections. The weighted R-factor wR and goodness of fit S are based on F2, conventional R-factors R are based on F, with F set to zero for negative F2. The threshold expression of F2 > σ(F2) is used only for calculating R-factors(gt) etc. and is not relevant to the choice of reflections for refinement. R-factors based on F2 are statistically about twice as large as those based on F, and R- factors based on ALL data will be even larger. |
x | y | z | Uiso*/Ueq | Occ. (<1) | |
Nb1 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0195 (7) | |
Nb2 | 0.78149 (7) | 0.10593 (7) | 0.0000 | 0.0058 (4) | |
Nb3 | 0.88301 (6) | 0.32601 (6) | 0.0000 | 0.0057 (3) | |
V1 | 0.0000 | 0.5000 | 0.7500 | 0.0071 (12) | 0.50 |
O1 | 0.8838 (5) | 0.0515 (5) | 0.0000 | 0.012 (2) | |
O2 | 0.8233 (5) | 0.2169 (5) | 0.0000 | 0.013 (2) | |
O3 | 0.7479 (5) | 0.1109 (5) | 0.5000 | 0.0084 (19) | |
O4 | 0.7185 (5) | −0.0125 (5) | 0.0000 | 0.0106 (19) | |
O5 | 0.6482 (5) | 0.1572 (5) | 0.0000 | 0.010 (2) | |
O6 | 0.0000 | 0.0000 | 0.5000 | 0.020 (5) | |
O7 | 0.9251 (5) | 0.4473 (5) | 0.0000 | 0.0069 (18) |
U11 | U22 | U33 | U12 | U13 | U23 | |
Nb1 | 0.0071 (8) | 0.0071 (8) | 0.044 (2) | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
Nb2 | 0.0044 (5) | 0.0083 (6) | 0.0048 (7) | −0.0002 (4) | 0.000 | 0.000 |
Nb3 | 0.0058 (6) | 0.0068 (6) | 0.0045 (6) | 0.0015 (5) | 0.000 | 0.000 |
V1 | 0.0072 (17) | 0.0072 (17) | 0.007 (3) | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
O1 | 0.010 (4) | 0.012 (4) | 0.012 (5) | 0.003 (3) | 0.000 | 0.000 |
O2 | 0.018 (4) | 0.010 (4) | 0.012 (5) | −0.002 (4) | 0.000 | 0.000 |
O3 | 0.003 (4) | 0.011 (4) | 0.012 (5) | −0.003 (4) | 0.000 | 0.000 |
O4 | 0.009 (4) | 0.007 (4) | 0.015 (5) | −0.004 (4) | 0.000 | 0.000 |
O5 | 0.010 (4) | 0.015 (5) | 0.004 (5) | 0.005 (4) | 0.000 | 0.000 |
O6 | 0.023 (7) | 0.023 (7) | 0.016 (11) | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
O7 | 0.008 (4) | 0.007 (4) | 0.006 (4) | 0.000 (3) | 0.000 | 0.000 |
Nb1—O6i | 1.9200 (3) | Nb3—O7 | 2.025 (7) |
Nb1—O6 | 1.9200 (3) | Nb3—O3viii | 2.292 (8) |
Nb1—O1ii | 2.005 (8) | V1—O7ix | 1.735 (6) |
Nb1—O1iii | 2.005 (8) | V1—O7x | 1.735 (6) |
Nb1—O1iv | 2.005 (8) | V1—O7xi | 1.735 (6) |
Nb1—O1v | 2.005 (8) | V1—O7xii | 1.735 (6) |
Nb2—O1 | 1.827 (8) | O1—Nb1xiii | 2.005 (8) |
Nb2—O2 | 1.870 (8) | O3—Nb2xiv | 1.993 (2) |
Nb2—O3i | 1.993 (2) | O3—Nb3viii | 2.292 (8) |
Nb2—O3 | 1.993 (2) | O4—Nb3xv | 1.792 (7) |
Nb2—O4 | 2.115 (7) | O5—Nb3vii | 1.999 (2) |
Nb2—O5 | 2.253 (8) | O5—Nb3viii | 1.999 (2) |
Nb3—O4vi | 1.792 (7) | O6—Nb1xiv | 1.9200 (3) |
Nb3—O2 | 1.962 (8) | O7—V1ix | 1.735 (6) |
Nb3—O5vii | 1.999 (2) | O7—V1xvi | 1.735 (6) |
Nb3—O5viii | 1.999 (2) | ||
O6i—Nb1—O6 | 180.0 | O2—Nb3—O7 | 170.5 (3) |
O6i—Nb1—O1ii | 90.0 | O5vii—Nb3—O7 | 87.5 (2) |
O6—Nb1—O1ii | 90.0 | O5viii—Nb3—O7 | 87.5 (2) |
O6i—Nb1—O1iii | 90.0 | O4vi—Nb3—O3viii | 177.3 (3) |
O6—Nb1—O1iii | 90.0 | O2—Nb3—O3viii | 87.1 (3) |
O1ii—Nb1—O1iii | 180.0 (5) | O5vii—Nb3—O3viii | 73.8 (2) |
O6i—Nb1—O1iv | 90.0 | O5viii—Nb3—O3viii | 73.8 (2) |
O6—Nb1—O1iv | 90.0 | O7—Nb3—O3viii | 83.4 (3) |
O1ii—Nb1—O1iv | 90.0 | O7ix—V1—O7x | 107.83 (13) |
O1iii—Nb1—O1iv | 90.0 | O7ix—V1—O7xi | 107.83 (13) |
O6i—Nb1—O1v | 90.0 | O7x—V1—O7xi | 112.8 (3) |
O6—Nb1—O1v | 90.0 | O7ix—V1—O7xii | 112.8 (3) |
O1ii—Nb1—O1v | 90.0 | O7x—V1—O7xii | 107.83 (13) |
O1iii—Nb1—O1v | 90.0 | O7xi—V1—O7xii | 107.83 (13) |
O1iv—Nb1—O1v | 180.0 | O7ix—V1—V1xvii | 123.60 (13) |
O1—Nb2—O2 | 97.3 (3) | O7x—V1—V1xvii | 56.40 (13) |
O1—Nb2—O3i | 104.7 (2) | O7xi—V1—V1xvii | 56.40 (13) |
O2—Nb2—O3i | 93.3 (2) | O7xii—V1—V1xvii | 123.60 (13) |
O1—Nb2—O3 | 104.7 (2) | O7ix—V1—V1xviii | 56.40 (13) |
O2—Nb2—O3 | 93.3 (2) | O7x—V1—V1xviii | 123.60 (13) |
O3i—Nb2—O3 | 148.8 (4) | O7xi—V1—V1xviii | 123.60 (13) |
O1—Nb2—O4 | 90.0 (3) | O7xii—V1—V1xviii | 56.40 (13) |
O2—Nb2—O4 | 172.7 (3) | V1xvii—V1—V1xviii | 180.0 |
O3i—Nb2—O4 | 84.8 (2) | Nb2—O1—Nb1xiii | 175.9 (5) |
O3—Nb2—O4 | 84.8 (2) | Nb2—O2—Nb3 | 172.0 (5) |
O1—Nb2—O5 | 173.0 (3) | Nb2xiv—O3—Nb2 | 148.8 (4) |
O2—Nb2—O5 | 89.6 (3) | Nb2xiv—O3—Nb3viii | 104.9 (2) |
O3i—Nb2—O5 | 74.8 (2) | Nb2—O3—Nb3viii | 104.9 (2) |
O3—Nb2—O5 | 74.8 (2) | Nb3xv—O4—Nb2 | 175.1 (5) |
O4—Nb2—O5 | 83.1 (3) | Nb3vii—O5—Nb3viii | 147.6 (4) |
O4vi—Nb3—O2 | 95.6 (3) | Nb3vii—O5—Nb2 | 106.1 (2) |
O4vi—Nb3—O5vii | 106.1 (2) | Nb3viii—O5—Nb2 | 106.1 (2) |
O2—Nb3—O5vii | 89.9 (2) | Nb1xiv—O6—Nb1 | 180.0 |
O4vi—Nb3—O5viii | 106.1 (2) | V1ix—O7—V1xvi | 67.2 (3) |
O2—Nb3—O5viii | 89.9 (2) | V1ix—O7—Nb3 | 132.5 (3) |
O5vii—Nb3—O5viii | 147.6 (4) | V1xvi—O7—Nb3 | 132.5 (3) |
O4vi—Nb3—O7 | 94.0 (3) |
Symmetry codes: (i) x, y, z−1; (ii) −y, x−1, z; (iii) y, −x+1, −z; (iv) x−1, y, z; (v) −x+1, −y, −z; (vi) y+1, −x+1, −z; (vii) −x+3/2, −y+1/2, −z−1/2; (viii) −x+3/2, −y+1/2, −z+1/2; (ix) −x+1, −y+1, −z+1; (x) −y+1/2, x−1/2, z+1/2; (xi) y−1/2, −x+3/2, −z+1/2; (xii) x−1, y, z+1; (xiii) x+1, y, z; (xiv) x, y, z+1; (xv) −y+1, x−1, z; (xvi) x+1, y, z−1; (xvii) −x, −y+1, −z+1; (xviii) −x, −y+1, −z+2. |
Experimental details
Crystal data | |
Chemical formula | Nb9VO25 |
Mr | 1287.13 |
Crystal system, space group | Tetragonal, I4/m |
Temperature (K) | 298 |
a, c (Å) | 15.7726 (9), 3.8399 (6) |
V (Å3) | 955.27 (17) |
Z | 2 |
Radiation type | Mo Kα |
µ (mm−1) | 5.78 |
Crystal size (mm) | 0.14 × 0.05 × 0.04 |
Data collection | |
Diffractometer | Enraf–Nonius CAD-4 diffractometer |
Absorption correction | ψ scan (North et al., 1968) |
Tmin, Tmax | 0.695, 0.812 |
No. of measured, independent and observed [I > 2σ(I)] reflections | 851, 593, 363 |
Rint | 0.044 |
(sin θ/λ)max (Å−1) | 0.637 |
Refinement | |
R[F2 > 2σ(F2)], wR(F2), S | 0.034, 0.086, 0.99 |
No. of reflections | 593 |
No. of parameters | 56 |
Δρmax, Δρmin (e Å−3) | 1.15, −1.52 |
Computer programs: CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992), XCAD4 (Harms & Wocadlo, 1995), SHELXS97 (Sheldrick, 2008), SHELXL97 (Sheldrick, 2008), DIAMOND (Brandenburg & Putz, 1999), WinGX (Farrugia, 2012).
References
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Les composés à structure ouverte formés d'octaèdres et de tétraèdres constituent un vaste domaine de recherche ces derniéres années. En relation avec leurs structures, ces matériaux présentent des propriétés intéressantes tels que la conductivité ionique (Prabaharan et al., 1997), échange d'ions (Aranda et al., 1992), ou bien elles sont utilisés en catalyse hétérogène (Bergner et al., 2009). Dans ce contexte, nous avons tenté d'explorer les systèmes A–Nb–V–O (A = cation monovalent) par réaction à l'état solide. L'investigation de ces derniers a permis d'isoler les formes suivantes: NaNb6.15V0.94O14 (Koehler et al., 1989), K3Nb6VO19 (Haddad & Jouini, 1996), Rb5VONb14O38 (Haddad & Jouini, 1997).
Un cristal de forme allongé a été choisi sous microscope polarisant, et s'est averé après étude structurale d'être le composé binaire Nb9VO25. L'unité asymétrique est constituée par un arrangement de trois octaèdres NbO6 et d'un tétraèdre VO4 liés entre eux au moyen de sommets, formant ainsi le groupement Nb3VO19 (Fig. 1). Dans la charpente oxygénée, les octaèdres Nb1O6 forment par partage de sommets des chaînes de type Nb1O5 (Fig. 2a) et les tétraèdres VO4 forment par mise en commun d'arêtes des chaînes de type VO2 (Fig. 2b). Par contre, les octaèdres Nb2O6 et Nb3O6 se lient d'une part par mise en commun de sommets pour former des chaînes classiques NbO5 et d'autre part ces dernières se regroupent par partage d'arêtes pour conduire à des chaînes doubles (Fig. 3a), qui par formation de ponts simples Nb2—O—Nb3, et en se regroupant par paires mènent à des rubans (Fig. 3 b). La jonction de ces derniers par mise en commun de sommets avec les chaînes formées par les octaèdres Nb1O6 conduit à une charpente octaédrique. La charpente tridimensionnelle de Nb9VO25 est donc la conséquence d'une jonction entre ces rubans et les chaînes octaédriques Nb1O5 et tétraédriques VO2 (Fig. 4). Les atomes de niobium et de vanadium forment avec les atomes d'oxygène des liaisons Nb—O et V—O conformes à celles rencontrées dans la littérature (Zid et al., 1992; Casais et al., 1993; Haddad & Jouini, 1996; Chérif et al., 2011).
Le calcul des différentes valences des liaisons (BVS), utilisant la formule empirique de Brown (Brown & Altermatt, 1985), conduit aux valeurs des charges des ions: Nb1(4.944), Nb2(4.897), Nb3(4.928), V1(5.074), en bon accord avec les degrés d'oxydation attendus.
La comparaison de notre structure avec celles des oxydes analogues, montre qu'elle est isotype à: Nb9PO25 (Roth et al., 1965), Ta9VO25 (Casais et al., 1993) et Nb9AsO25 (Ulutagay et al., 1998). Le composé étudié Nb9VO25 (forme β) cristallise dans le système quadratique, groupe d'espace centrosymétrique I4/m (87) alors que celui isoformulaire Nb9VO25 (forme α) est non centrosymétrique, groupe d'espace I4 (82) (Casais et al., 1993). Une diffèrence nette dans la charpente a été observée. En effet, pour notre composé les tétraèdres se lient par partage d'arêtes, mais pour celui non-centrosymétrique les tétraèdres ne sont pas liés entre eux (Fig. 5). Un examen bibliographique nous a conduit à la famille des oxydes suivants: VOSO4 (Longo & Arnott, 1970) (forme α) VOPO4 (Tachez et al., 1981) SbOPO4 (Piffard et al., 1986) et NbOPO4 (Amos et al., 1998). Ces derniers présentent une diffèrence nette en mode de connection entre les octaèdres et les tétraèdres. En effet, dans les oxydes SbOPO4, NbOPO4 et VOSO4 les chaînes octaédriques MO5 (M=Sb, Nb, V) se connectent au moyen de sommets avec les tétraèdres XO4 (P, S) pour conduire à une charpente oxygénée tridimensionnelle (Fig. 6) différente à celle rencontrée dans l'oxyde obtenu Nb9VO25.