硅烯氧化物中超高速氧离子导电性
材料科学
2024-06-13 v1
摘要
氧离子导体对于提高 various 清洁能源技术的效率至关重要，包括燃料电池、电池、电解槽、膜组件、传感器等。在本研究中，从超过6万个含氧化合物的结构相似性分析中，发现 LaBi2O4Cl 是 MBi2O4X 系列（M=稀有地元素，X=卤素元素）中的一种超高速氧导体。第一性原理研究表明，LaBi2O4Cl 具有仅 0.1 eV 的超低氧空位迁移能，显著低于 0.6-0.8 eV 的空位氧。拉施耳对(LaBi2O4Cl)中占主导地位的缺陷为 Frenkel 对，这在较高温度下显著促进了氧的扩散。LaBi2O4Cl 含外源氧空位(2.8%)时，导电性在 25{\deg}C 可达 0.3 S/cm，维持 0.1 eV 的扩散能至 1100{\deg}C，且随温度升高时Frenkel 对浓度增加，表现出从外源向混合外源和内源行为的转变。合成的 LaBi2O4Cl 及掺 Sr 的 LaBi2O4Cl 实验结果表明，在 400 {\deg}C 以下，氧导电性可与 YSZ 和 LSGM 相当或更高，活性能更低。进一步的 LaBi2O4Cl 实验优化，包括掺杂和晶体结构细化，可能显著提升其性能和效率，实现接近室温的快速氧离子导电。
引用
@article{arxiv.2406.07723,
title = {Ultra-fast Oxygen Conduction in Sill\'en Oxychlorides},
author = {Jun Meng and Md Sariful Sheikh and Lane E. Schultz and William O. Nachlas and Jian Liu and Maciej P. Polak and Ryan Jacobs and Dane Morgan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.07723},
year = {2024}
}