New polymorph γ-CuWO4 inspired by γ-CuMoO4: Experimental identification and theoretical verification

Abstract

In the context of our efforts to develop hydrogen gas sensors, two samples of ternary CuWO4 with the same crystalline structure have been prepared by two different non-equilibrium techniques. We show that the materials' structure is significantly different from the known stable one, and we identify that it is very similar to that of previously reported γ-CuMoO4. We use ab initio calculations to confirm that the newly identified phase, γ-CuWO4, represents a local energy minimum. We present very similar calculated and measured lattice constants and X-ray diffractograms. We make a case that the low-temperature formation of the metastable γ-CuWO4 phase is facilitated by easier kinetics and/or by Cu-rich composition of our samples, and we show that it converts to the stable phase after annealing to 600 °C.

V kontextu našeho úsilí vyvinout senzory plynného vodíku byly dvěma různými nerovnovážnými technikami připraveny dva vzorky ternárního CuWO4 se stejnou krystalovou strukturou. Ukázali jsme, že tato struktura se výrazně liší od struktury známé stabilní fáze CuWO4, a identifikovali jsme, že je velmi podobná struktuře dříve publikované fáze γ-CuMoO4. S pomocí ab initio výpočtů jsme potvrdili, že nově identifikovaná fáze γ-CuWO4 reprezentuje lokální energetické minimum. Ukazujeme velmi podobné vypočítané a naměřené mřížkové konstanty a X-ray difraktogramy. Předkládáme možnost, že nízkoteplotní zformování metastabilní fáze γ-CuWO4 je umožněno snazší kinetikou a/nebo složením našich vzorků bohatých na Cu, a ukazujeme, že po žíhání do 600 °C tato fáze konvertuje na stabilní.