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最新Nature Materials：快速間隙氧導(dǎo)體的計(jì)算新發(fā)現(xiàn)！

第一作者：Jun Meng，Md Sariful Sheikh

通訊作者：Dane Morgan

通訊單位：威斯康星大學(xué)麥迪遜分校

Dane Morgan，Harvey D. Spangler工程學(xué)教授。目前是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的助理教授。

論文速覽

新的高氧活性材料可通過在較低溫度下(例如低于約400 ℃)實(shí)現(xiàn)有效的氧離子傳輸來增強(qiáng)許多與能源相關(guān)的技術(shù)。間隙氧導(dǎo)體有可能實(shí)現(xiàn)這種性能，但受到的關(guān)注遠(yuǎn)不如空位介導(dǎo)的導(dǎo)體。本論文通過結(jié)合物理啟發(fā)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)描述符、從計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了一種新的方法來發(fā)現(xiàn)快速間隙氧導(dǎo)體。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的氧導(dǎo)體家族，這些家族采用與已知氧導(dǎo)體完全不同的結(jié)構(gòu)。研究者們合成并研究了La₄Mn₅Si₄O₂₂₊_δ這一代表成員，發(fā)現(xiàn)其具有比廣泛使用的穩(wěn)定氧化釔-氧化鋯（YSZ）更高的氧離子電導(dǎo)率，并且在中等溫度下具有已知材料中最高的表面氧交換速率。

快速的氧動(dòng)力學(xué)歸因于同時(shí)活躍的間隙和間隙循環(huán)擴(kuò)散路徑。研究提出，形成有效的間隙氧導(dǎo)體的基本特征是電子的可用性和結(jié)構(gòu)的靈活性，這為理解并發(fā)現(xiàn)新的間隙氧導(dǎo)體提供了有力的方法。

圖文導(dǎo)讀

圖1：間隙和空位傳導(dǎo)氧化物中的氧遷移障礙的比較。

圖2：新間隙氧導(dǎo)體的篩選方法的示意圖。

圖3：快速間隙氧導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)。

圖4：La₄Mn₅Si₄O₂₂的結(jié)構(gòu)和間隙氧的流動(dòng)性。

總結(jié)展望

本研究不僅發(fā)現(xiàn)了具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新型快速間隙氧導(dǎo)體，而且為設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)新的氧導(dǎo)體材料提供了理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。

特別是La₄Mn₅Si₄O₂₂材料的發(fā)現(xiàn)，其在中等溫度下展現(xiàn)出的高氧離子電導(dǎo)率和表面氧交換速率，預(yù)示著在能源相關(guān)技術(shù)中的應(yīng)用前景。未來的工作可能會(huì)集中在進(jìn)一步優(yōu)化這些材料的性能，以及探索更多具有高氧導(dǎo)電性的新材料。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Computational discovery of fast interstitial oxygen conductors

期刊：Nature Materials

DOI：10.1038/s41563-024-01919-8

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/18/690367d19f/

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