二元氧化物 Ellingham 图的预测与关联分析
材料科学
2023-08-14 v1
摘要
了解成氧化物能力对于通过调节氧化环境和材料化学来获得所需氧化物或避免有害氧化物形成至关重要。在此，我们利用当前预测的 Ellingham 图对 137 种二元氧化物进行了全面的热力学分析。研究发现，易于形成氧化物的活泼元素为 f 区元素（镧系和锕系）、II、III 和 IV 族元素（碱土金属、Sc、Y、Ti、Zr 和 Hf）以及 Al 和 Li；而贵金属元素及其氧化物不稳定且易被还原，包括铜族金属（Cu、Ag，尤其是 Au）、铂族元素以及 Hg 和 Se。基于机器学习的序列特征选择表明，成氧化物能力可由纯元素的电子结构表示，例如其 d 和 s 价电子、门捷列夫数以及族，使得周期表成为调控成氧化物能力的有效工具。与成氧化物能力相关的其他关键元素特征为纯元素的热化学性质，如熔点和 298 K 下的标准熵。研究进一步表明，当前 Ellingham 图能够定性理解甚至预测多组分材料（如 Fe-20Cr-20Ni 合金（质量分数%）和等摩尔高熵合金 AlCoCrFeNi）中形成的氧化物，这与采用 CALPHAD 方法的热力学计算及文献中的实验观测相符。
引用
@article{arxiv.2308.05837,
title = {Predictions and correlation analyses of Ellingham diagrams in binary oxides},
author = {Shun-Li Shang and Shuang Lin and Michael C. Gao and Darrell G. Schlom and Zi-Kui Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.05837},
year = {2023}
}