通过超维相空间中局域化学势实现氧化锰钇合成的选择性
材料科学
2021-08-17 v3
摘要
与分子合成形成鲜明对比，材料合成通常被认为缺乏选择性。已知的在固态反应中设计选择性的少数方法适用范围有限，例如拓扑化学反应或应变稳定化。本文描述了一种搜索大化学空间以识别选择性反应的通用方法。这一新方法解释了名义上“无害”的 NaCO 前驱体能够实现单相 YMnO 复分解合成的能力——该结果此前仅在极端压力下取得，且无法通过使用相近前驱体 LiCO 和 KCO 实现。通过在包含 Y、Mn、O、碱金属和卤素的扩展化学空间中，利用密度泛函理论计算获得的热力学参数，计算所有可能反应物-产物界面所需的化学势变化，我们识别出使中间体热力学竞争最小化的反应。以此方式，仅基于 Na 的中间体最小化了到 YMnO 的超维化学势空间距离，从而选择性地获得了先前认为亚稳的相。基于原位同步辐射晶体学分析识别出的中间体提供了验证该路径依赖选择性机制的实验证据。这种在超维组分空间中计算化学势距离的方法，为设计选择性固态合成提供了通用手段，有助于获取亚稳相并识别可降低技术材料合成温度与成本的路径。
引用
@article{arxiv.2104.05986,
title = {Selectivity in yttrium manganese oxide synthesis via local chemical potentials in hyperdimensional phase space},
author = {Paul K. Todd and Matthew J. McDermott and Christopher L. Rom and Adam A. Corrao and Jonathan J. Denney and Shyam S. Dwaraknath and Peter G. Khalifah and Kristin A. Persson and James R. Neilson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.05986},
year = {2021}
}
备注
30 pages with 5 figures. The first two authors contributed equally to this work