オキシードペロブスキートにおける酸素空隙形成の要因

Robert B Wexler¹, Gopalakrishnan Sai Gautam¹, Ellen B Stechel²

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University, Princeton, New Jersey 08544-5263, United States.

Journal of the American Chemical Society

|August 25, 2021

まとめ

研究者は,ABO3ペロブスキットの酸素空位形成エネルギーを予測するための線形モデルを開発しました. このモデルは複雑な計算を正確に再現し,エネルギー技術のための新しい材料の発見を助けます.

科学分野:

材料科学
コンピュータ化学
固体物理学

背景:

酸素空隙 (V_O) の形成を制御することは,金属酸化物-ペロブスキート技術にとって極めて重要です.
V_O形成エネルギーの正確な予測は,材料設計に不可欠です.

研究の目的:

ABO₃ペロブスキートにおける中性V_O形成エネルギーのコンパクトな線形モデルを構築する.
ハバード-U-修正密度関数理論 (DFT) の計算で合理的な精度を達成する.

主な方法:

結合解離エネルギーや還元ポテンシャルなどの物理的に直感的なメトリクスを用いて線形モデルを開発した.
固体酸化物燃料電池材料の実験データに対してモデルを検証した.
最先端の交換相関関数を DFT 計算に利用した.

主要な成果:

298 Kで安定したペロフスキットの平均絶対誤差は0.45 eVに達した.
多種多様なABO₃ペロブスキットでAサイト (アルカリ土金属,ランタノイド) とBサイト (3D移行金属) の元素で精度が実証されています.
(Bi,Y) ((Fe,Co) O₃など,熱化学的な水分裂の可能性のある新しい候補ペロブスキットを特定した.

結論:

開発されたモデルは,V_O制御の正確性,効率性,解釈性を提供します.
材料発見のための高通量コンピューティングスクリーニングを容易にする.
金属酸化物ペロブスキットのV_O形成を制御する物理学的洞察を提供します.

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