Ba–Zr–S 体系与硫蒸气平衡的第一性原理热力学模型
材料科学
2024-03-22 v2
摘要
硫族钙钛矿 BaZrS₃ 具有强烈的可见光吸收和高化学稳定性，无毒，且由地球丰富的元素组成。因此，它是一种在光电技术中很有应用前景的候选材料。然而，用于表征和器件集成的 BaZrS₃ 薄膜的合成仍然是一个挑战。在此，我们使用密度泛函理论和晶格动力学计算了 Ba-Zr-S 体系中元素、二元和三元材料的振动特性。这被用来建立一个热力学模型，用于描述 BaZrS₃、BaSₓ 和 ZrSₓ 在一定温度和硫分压范围内与硫气体平衡时的稳定性。我们强调，反应热力学对硫的同素异形体及其混合程度高度敏感。我们使用我们的模型预测了 BaZrS₃ 及其中间二元化合物可以形成的合成条件。在 500 °C 的中等温度下，我们发现与快速反应动力学相关的 BaS₃ 在高于 3x10⁵ Pa 的压力下是稳定的。我们还发现 BaZrS₃ 在高达至少 1x10⁷ Pa 的压力下对分解成富硫二元化合物是稳定的。我们的工作为这种有前景的材料的化学性质提供了见解，并提出了成功合成 BaZrS₃ 所需的实验条件。
引用
@article{arxiv.2401.06092,
title = {A first-principles thermodynamic model for the Ba$\unicode{x2013}$Zr$\unicode{x2013}$S system in equilibrium with sulfur vapour},
author = {Prakriti Kayastha and Giulia Longo and Lucy D. Whalley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.06092},
year = {2024}
}