带隙问题对受主掺杂锆酸钡中氧化和水合的影响
材料科学
2015-09-01 v1
摘要
受主掺杂质子传导钙钛矿中的载流子浓度在很大程度上由氧空位的水合和氧化决定，它们分别引入质子和空穴。这些反应的第一性原理建模涉及带电缺陷形成能的计算，这需要准确描述带隙和带边位置。由于具有局域和半局域交换关联泛函（LDA和GGA）的密度泛函理论（DFT）系统性地无法预测这些量，这可能对缺陷反应的建模产生严重影响。在本研究中，我们考察带隙和带边位置的描述如何影响受主掺杂BaZrO中的水合和氧化。为了在不同温度和分压下获得平衡载流子浓度，我们进行了第一性原理计算并结合热力学建模。考虑了三种不同方法：采用半局域（PBE）和杂化（PBE0）交换关联泛函的DFT，以及近似内的多体微扰理论。三种方法对水合反应给出相似结果，与实验发现一致。另一方面，对于氧化反应，存在定性差异。PBE预测反应为放热，而另两种方法预测为吸热行为。将热力学建模结果与可用的实验数据（如焓、浓度和电导率）进行比较，只有使用PBE0和获得的结果（具有吸热氧化行为）与实验满意相符。
引用
@article{arxiv.1503.06612,
title = {Implications of the band gap problem on oxidation and hydration in acceptor-doped barium zirconate},
author = {Anders Lindman and Paul Erhart and Göran Wahnström},
journal= {arXiv preprint arXiv:1503.06612},
year = {2015}
}
备注
15 pages, 12 figures + supplementary material (2 pages)