理论教育 钙钛矿氧化物晶界的影响:晶格不对称能的最小化与电子/质子导电性的比较

钙钛矿氧化物晶界的影响:晶格不对称能的最小化与电子/质子导电性的比较

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:最先进的质子导电钙钛矿型氧化物受到非常高的晶界阻抗的影响。晶界核心吸引了过多的氧空位,因为这使得两个晶格之间的不对称能最小化。在一些系统中,还原条件下的n型电子导电性与晶界的质子导电性相比被增大了,这被认为是因为空间电荷层的影响[39]。结果是支流应用的有效质子转移数量可能在晶界中更少,并且比总体中更少。这可能在空间电荷区边缘导致电化学反应,在那里,质子通过消耗晶界的电子被转化为中性氢。

钙钛矿氧化物晶界的影响:晶格不对称能的最小化与电子/质子导电性的比较

最先进的质子导电钙钛矿型氧化物受到非常高的晶界阻抗的影响。这个问题对于BaZrO3最为显著,长时间来说,真正的总体阻抗太小而不能在阻抗谱[36]中被检测。质子的晶界阻抗和氧离子导电氧化物氧空位的晶界阻抗同源,例如Y稳定氧化锆(YSZ)和受体掺杂氧化铈。晶界核心吸引了过多的氧空位,因为这使得两个晶格之间的不对称能最小化。质子很可能在晶界核心作用为悬空键的终结者,并且在那里被强化。核心因此达到了净正电荷,它被核心周围的空间电荷层(SCL)净负电荷所平衡[37]

负电荷通过阳极物质(例如氧空位、质子和空穴)缺失和阴极物质(例如电子和受体掺杂物)的盈余生成。关于理解和减少晶界的质子电阻已经进行了很多研究工作,特别是关于A位的非化学计量和杂质的影响。我们将不在这里解释而只是提到这一点,很奇怪的是,在温度非常高的情况下,经过长期退火Y位Y替代BaZrO3的晶界阻力消失了[38]。(www.daowen.com)

在一些系统中,还原条件下的n型电子导电性与晶界的质子导电性相比被增大了,这被认为是因为空间电荷层的影响[39]。结果是支流应用的有效质子转移数量可能在晶界中更少,并且比总体中更少。这可能在空间电荷区边缘导致电化学反应,在那里,质子通过消耗晶界的电子被转化为中性氢。

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