在Ca-doped YPO4中,对质子缺陷性质的第一原则计算
Gyeongseo Lee1, Takafumi Ogawa1, Kazuki Shitara1
1Nanostructures Research Laboratory, Japan Fine Ceramics Center, Nagoya 456-8587, Japan. lee_gyeongseo@jfcc.or.jp.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|October 29, 2024
概括
添加剂的YPO4表现出质子导电,质子沿c轴通道迁移. 这项研究阐明了YPO4材料中质子导电性的扩散途径和最佳条件.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态化学 固态化学
- 计算材料科学科学 计算材料科学
背景情况:
- 酸 (YPO4) 具有异时类型的结构,沿c轴有通道.
- 用 (Ca) 添加的YPO4显示出质子导电性质.
研究的目的:
- 在3mol%Ca-doped YPO4中研究中介温度范围内的质子行为.
- 确定点缺陷及其迁移对质子导电的影响.
主要方法:
- 第一个原则计算以确定点缺陷形成能量和度.
- 推拉弹性带 (NEB) 计算以评估质子迁移障碍.
- 缺陷复合形成和电荷中立条件的分析.
主要成果:
- 缺陷复合体在各种条件下表现出最低的形成能量和最高的度.
- 质子迁移障碍是异构的,与[100]方向 (0.49 eV) 相比,在c轴上有一个较低的障碍 (0.17 eV).
- 计算的激活能量与实验值一致,证实了沿c轴通道的异型质子扩散.
结论:
- 在Ca-doped YPO4中,质子导电由沿c轴通道的异性扩散控制.
- 确定了优化质子导电性的特定Ca doping条件和温度范围.
- 阐明了负责质子运输的扩散通路和缺陷机制.


