微结构对纳米结构的Ceria薄膜中的电化学反应性和导电性的影响
Jilai Ding1, Evgheni Strelcov2,3, Nazanin Bassiri-Gharb1,4
1Department of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332, United States.
Journal of the American Ceramic Society. American Ceramic Society
|March 20, 2024
概括
纳米结构中的质子导电性取决于条件. 表面形态在潮湿,凉爽的环境中占主导地位,而颗粒大小和晶体方向在干燥,热的条件下是燃料电池和催化剂的关键.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 表面科学是一门学科.
背景情况:
- 功能性氧化物中的质子导电性对于燃料电池等应用至关重要.
- 现有的表征方法难以在各种环境条件下捕捉离子动态.
研究的目的:
- 为了研究纳米结构的微观结构及其电化学反应和质子运输特性之间的关系.
- 了解不同的环境条件如何影响这些属性.
主要方法:
- 时间解析的凯尔文探针力显微镜 (tr-KPFM) 与电化学阻抗光谱 (EIS) 的合.
- 使用有限元素分析来建模质子运输.
- 将实验数据与微观结构特征相关联.
主要成果:
- 表面形态决定了水分和质子导电性在25°C湿条件下,质子通过表面水层移动.
- 在较高的温度 (≥125°C) 和干燥条件下,颗粒大小和结晶学方向成为主要因素.
- 质子生成速率与颗粒大小相反相关;质子扩散性由{111}平面和与表面连接的裂/孔隙增强.
结论:
- 微观结构在不同的环境条件下显著影响纳米结构体中的质子导电性.
- 了解这些结构-属性关系对于优化燃料电池等基于ceria的设备至关重要.
- 多种技术的方法是有效的,以全面描述离子动力学.
