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  2. 通過(guò)層狀鈣鈦礦的瓶頸——一個(gè)新類(lèi)與高氧離子電導率


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    聽(tīng)到售票員一詞指化學(xué),大多數會(huì )立即想到電子材料內的運動(dòng)。 但是電子并不是唯一的粒子可以跨越材料; 氧化物離子也可以。 許多材料科學(xué)家和工程師正在尋找oxide-ion高導電性的材料。 這種材料有許多潛在的應用,特別是在環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。 例如,oxide-ion導體可用于燃料電池,直接氫等清潔燃料轉化為電能,或氧氣分離膜,這可能是有用的在系統捕捉二氧化碳我們生產(chǎn)通過(guò)燃燒煤或化石燃料。

    不幸的是,oxide-ion導率可以通過(guò)有限數量的家庭結構的材料。 鈣鈦礦是一個(gè)這樣的家庭結構。 鈣鈦礦和層狀鈣鈦礦有特殊的晶體結構,有時(shí)表現出杰出的物理和化學(xué)性質(zhì)。 教授Masatomo Yashima和他的同事們從東京理工學(xué)院研究類(lèi)層狀鈣鈦礦,Dion-Jacobson階段,在二維perovskite-like“石板堆積,隔著(zhù)一層堿金屬離子,比如銫陽(yáng)離子(c +)。 在他們發(fā)表的論文自然通訊Yashima教授和他的同事們解釋他們的動(dòng)機:“人們進(jìn)行了無(wú)數次研究Dion-Jacobson電氣性能的階段,比如他們的質(zhì)子,鋰離子和鈉-傳導。 然而,沒(méi)有報告oxide-ion傳導Dion-Jacobson階段。

    在他們的研究中,科學(xué)家們首先篩選六十九潛在Dion-Jacobson階段使用bond-valence方法。 這種方法允許他們來(lái)計算能量壁壘在每個(gè)Dion-Jacobson oxide-ion遷移階段,他們發(fā)現了CsBi2“透明國際”2NbO10 -δ(CBTN)作為一個(gè)有前途的候選人,因為它有一個(gè)低能量勢壘和不包含昂貴的稀土元素。 此外,他們準備CBTN樣本,發(fā)現CBTNoxide-ion電導率高于許多其他oxide-ion導體,如傳統yttria-stabilized氧化鋯。

    了解是什么原因導致如此高oxide-ion CBTN電導率,科學(xué)家們分析了其晶體結構,觀(guān)察結構隨溫度的變化。 使用超高分辨率中子衍射儀,SuperHRPD日本,然后確定了幾種可能的路徑在氧化物的晶格離子能在高溫下遷移。 最重要的是,他們發(fā)現了一個(gè)新穎的機制似乎oxide-ion電導率高的原因之一:溫度上升使氧氣出現空缺,這促進(jìn)oxide-ion遷移。 大型Cs陽(yáng)離子和位移Bi離子的結構在高溫下擴大的瓶頸,使oxide-ion遷移。

    本研究為尋找廉價(jià)小說(shuō)oxide-ion導體鋪平了道路。 基于此oxide-ion傳導機制,可以提高oxide-ion CBTN家族的導率的材料通過(guò)修改CBTN的化學(xué)成分通過(guò)增加雜質(zhì)的(興奮劑)。 目前發(fā)現的高oxide-ion電導率在這個(gè)新的家庭結構,Dion-Jacobson-type CsBi2“透明國際”2NbO10 -δ,新擴大的瓶頸概念引入,可以促進(jìn)基于Dion-Jacobson小說(shuō)oxide-ion導體的設計階段,“Yashima教授和他的同事們得出的結論。 本研究的發(fā)現許多新穎的應用程序打開(kāi)的可能性將會(huì )導致一個(gè)可持續的未來(lái)。 事實(shí)上,目前被選為編輯的工作自然通訊。


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