铈基镧系高熵氧化物中成分与氧空位对相稳定性和电子性质的影响
材料科学
2025-12-30 v1
摘要
铈基镧系高熵氧化物 (LN-HEOs) 是固态电解质（质量传输）应用的有前途的候选材料，因为它们能够在容纳高浓度氧空位的同时保留萤石衍生结构。然而，根据成分和加工条件，合成通常会产生不希望的有序氧缺陷相，例如方铁锰矿。我们利用第一性原理密度泛函理论 (DFT) 计算系统地研究模型系统 Ce(YLaPrSm)O 中的相稳定性，旨在阐明控制萤石-方铁锰矿竞争的热力学因素，并确定与氧传输相关的结构-性质关系。通过独立改变铈浓度和氧空位含量，我们预测从无序萤石到有序方铁锰矿的转变主要是由成分和空位有序效应驱动的，而不是通过阳离子价态的变化。自由能分析表明，在高空位浓度下，由于有序的氧空位，方铁锰矿在焓上是有利的；而在较低空位浓度和较高铈含量下，萤石通过阴离子亚晶格的构型熵得以稳定。这些 DFT 结果阐明了控制 LN-HEOs 中相稳定性和结构-价态关系的竞争性能量贡献，并为设计具有可调相行为的耐空位氧化物电解质建立了机制框架。
引用
@article{arxiv.2512.23120,
title = {Compositional and Oxygen-Vacancy Effects on Phase Stability and Electronic Properties in Ceria-Based Lanthanide High-Entropy Oxides},
author = {Mary Kathleen Caucci and Billy E. Yang and Gerald R. Bejger and Jacob T. Sivak and Christina M. Rost and Saeed S. I. Almishal and Jon-Paul Maria and Susan B. Sinnott},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.23120},
year = {2025}
}