Nature Communications：具有高氧化物离子电导率的含间隙氧位点的Ba7Nb4MoO20六方钙钛矿氧化物

Nanoyu

2021-01-25

氧化物离子导体在固体氧化物燃料电池等各种应用中具有重要意义。尽管氧化锆基材料已经得到了广泛的应用，但人们仍然强烈希望开发出具有更高电导率的电解质材料，降低燃料电池的工作温度，进而降低成本。这其中，很少有关于具有六方钙钛矿相关结构的氧离子导体的报道。

近日，日本东京工业大学Masatomo Yashima报道了一种基于六方钙钛矿氧化物Ba₇Nb₄MoO₂₀的氧化物离子导体。

文章要点

1）实验结果显示，Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05在600 °C氧分压为2×10⁻²⁶~1 atm的范围内表现出较宽的稳定性范围和以氧化物离子传导为主。而Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05的体电导率在310 °C时高达5.8×10^-4 S cm^-1，并高于Bi₂O₃-和氧化锆基材料。

2）研究发现，这种高的电导率归因于晶格O5氧、2D氧化物离子O1−O5在z=0时通过晶格四面体O1和晶格O5八面体氧位在ab面上的扩散，以及氧化物离子电导的低激活能。

3）研究发现，Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05中的（四面体O1）-（八面体O5）的扩散路径沿[1‾10]，[120]和[‾2‾10]方向，这与六方钙钛矿相关氧化物Ba₃MoNbO_8.5-δ中的（四面体O3）-（八面体O2）迁移路径相同。因此，氧缺位c’层上的（四面体）-（八面体）氧离子沿[1‾10]，[120]和[‾2‾10]方向的迁移路径是具有六方钙钛矿相关结构的氧离子导体的共同特征。这一特征有望为设计具有六方钙钛矿相关结构的氧离子导体提供重要指导。

参考文献

Yashima, M., Tsujiguchi, T., Sakuda, Y. et al. High oxide-ion conductivity through the interstitial oxygen site in Ba7Nb4MoO20-based hexagonal perovskite related oxides. Nat Commun 12, 556 (2021)

DOI：10.1038/s41467-020-20859-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20859-w