Рассмотрены теоретические основы изотопного обмена кислорода в системе газ–твердый оксид. Предложена обобщенная модель, учитывающая диффузию меченых атомов кислорода и позволяющая в рамках единого подхода проводить численный анализ изотопных экспериментов, реализуемых в реакторах различного типа, в различных температурных режимах. Показано, что при использовании в качестве изотопного реагента С18О2 скорость кислородного обмена на поверхности оксидов металлов многократно возрастает (по сравнению с 18О2), что позволяет более четко выявить диффузионные ограничения при изотопном замещении кислорода в объеме оксида. Получены оценки коэффициентов самодиффузии кислорода в дисперсных системах на основе допированных церий-циркониевых оксидов со структурой флюорита, допированных силикатов лантана со структурой апатита, а также смешанных никелатов-кобальтитов празеодима и их композитов с допированным иттрием диоксидом церия.

В работе представлены результаты изучения механизма переноса кислорода в слоистых никелатах со структурой Раддлсдена–Поппера и их нанокомпозитов с твердыми электролитами Сe0.9Gd0.1O2 - (GDC) и Y2(Ti0.8Zr0.2)1.6Mn0.4O7 - (YTZM) со структурой флюорита и пирохлора методом изотопного гетерообмена кислорода в проточном и статическом реакторах, термопрограммированной десорбции и полуэмпирического метода взаимодействующих связей. Экспериментальные данные гетерообмена удовлетворительно описываются в предположении равноценности по обмену всех атомов в объеме слоистых никелатов, что согласуется с моделью кооперативного процесса миграции кислорода с быстрым обменом между межузельными и регулярными позициями. Сильное взаимодействие между доменами фаз никелатов и твердых электролитов в нанокомпозитах, сопровождающееся перераспределением катионов между фазами, приводит к нарушению кооперативного процесса миграции кислорода и уменьшению коэффициента диффузии при увеличении скорости обмена.