تكنولوجيا النانو الآن - بيان صحفي: تسليط الضوء على آليات التوصيل الفريدة في نوع جديد من أكسيد البيروفسكايت

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > تسليط الضوء على آليات التوصيل الفريدة في نوع جديد من أكسيد البيروفسكايت

يوضح الشكل العلوي لقطة لهجرة الأكسيد والأيون. تتحرك أيونات الأكسيد الأحمر والأخضر عن طريق كسر وإعادة تشكيل ثنائيات M2O9، مما يتيح انتشار أيونات الأكسيد بسرعة حيث يكون الكاتيون M هو Nb5+ أو Mo6+. يتوافق توزيع كثافة طول تشتت النيوترونات من بيانات حيود النيوترونات عند 800 درجة مئوية في الشكل السفلي الأيسر مع توزيع الكثافة الاحتمالية لمتوسط الزمان والمكان لأيونات الأكسيد من محاكاة الديناميكيات الجزيئية من البداية في الشكل الأيمن السفلي. تتوافق ذرة O5 الخلالية في الشكل السفلي الأيسر مع ذرة الأكسجين التي تشارك الزاوية (Osh في الشكل السفلي الأيمن والمربعات في الشكل العلوي).

CREDIT
كيمياء المواد

المستخلص:
تعد الموصلية الرائعة للبروتون والأكسيد (الأيون المزدوج) لأكسيد البيروفسكايت السداسي Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 واعدة للجيل القادم من الأجهزة الكهروكيميائية، كما أفاد العلماء في شركة طوكيو للتكنولوجيا. ونأمل أن تمهد آليات النقل الأيوني الفريدة التي كشفوا عنها الطريق أمام موصلات أيونية أفضل، والتي يمكن أن تلعب دورًا أساسيًا في تقنيات الطاقة النظيفة في المستقبل.

تسليط الضوء على آليات التوصيل الفريدة في نوع جديد من أكسيد البيروفسكايت

طوكيو ، اليابان | نُشر في 17 نوفمبر 2023

تعد تقنيات الطاقة النظيفة حجر الزاوية في المجتمعات المستدامة، وتعد خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs) وخلايا الوقود الخزفية البروتونية (PCFCs) من بين أكثر أنواع الأجهزة الكهروكيميائية الواعدة لتوليد الطاقة الخضراء. إلا أن هذه الأجهزة لا تزال تواجه تحديات تعيق تطويرها واعتمادها.

ومن الناحية المثالية، ينبغي تشغيل مركبات الكربون العضوية الفلورية في درجات حرارة منخفضة لمنع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها من تدهور المواد المكونة لها. ولسوء الحظ، فإن معظم موصلات الأكسيد الأيونية المعروفة، وهي مكون رئيسي في مركبات الكربون الكلورية فلورية، تظهر فقط موصلية أيونية جيدة عند درجات حرارة مرتفعة. أما بالنسبة لمركبات الكربون الكلورية فلورية، فهي ليست فقط غير مستقرة كيميائياً في أجواء ثاني أكسيد الكربون، ولكنها تتطلب أيضاً خطوات معالجة كثيفة الاستخدام للطاقة وعالية الحرارة أثناء التصنيع.

لحسن الحظ، هناك نوع من المواد التي يمكنها حل هذه المشكلات من خلال الجمع بين فوائد كل من مركبات الكربون الكلورية فلورية ومركبات الكربون الكلورية فلورية: الموصلات ثنائية الأيونات. من خلال دعم انتشار كل من البروتونات وأيونات الأكسيد، يمكن للموصلات ثنائية الأيونات تحقيق موصلية إجمالية عالية في درجات حرارة منخفضة وتحسين أداء الأجهزة الكهروكيميائية. على الرغم من أنه تم الإبلاغ عن بعض المواد الموصلة ثنائية الأيونات المرتبطة بالبيروفسكايت، مثل Ba7Nb4MoO20، إلا أن موصليتها ليست عالية بما يكفي للتطبيقات العملية، كما أن آليات التوصيل الأساسية الخاصة بها ليست مفهومة جيدًا.

على هذه الخلفية، قرر فريق بحث بقيادة البروفيسور ماساتومو ياشيما من معهد طوكيو للتكنولوجيا باليابان، التحقق من موصلية المواد المشابهة لـ 7Nb4MoO20 ولكن مع نسبة أعلى من Mo (أي Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2). . تم نشر دراستهم الأخيرة، والتي أجريت بالتعاون مع المنظمة الأسترالية للعلوم والتكنولوجيا النووية (ANSTO)، ومنظمة أبحاث مسرعات الطاقة العالية (KEK)، وجامعة توهوكو، في مجلة كيمياء المواد.

بعد فحص العديد من تركيبات Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2، وجد الفريق أن Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 يمتلك موصلية ملحوظة للبروتونات والأكسيد. "أظهر Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 موصلية كبيرة تبلغ 11 مللي سيليزيم/سم عند 537 درجة مئوية تحت الهواء الرطب و10 مللي سيلز/سم عند 593 درجة مئوية تحت الهواء الجاف. كان إجمالي موصلية التيار المباشر عند 400 درجة مئوية في الهواء الرطب لـ Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 أعلى بـ 13 مرة من Ba7Nb4MoO20، كما أن الموصلية السائبة في الهواء الجاف عند 306 درجة مئوية أعلى بـ 175 مرة من تلك الموجودة في الزركونيا التقليدية المستقرة بالإيتريا. (YSZ)"، يسلط الضوء على البروفيسور ياشيما.

بعد ذلك، سعى الباحثون إلى تسليط الضوء على الآليات الأساسية وراء قيم الموصلية العالية هذه. ولتحقيق هذه الغاية، أجروا عمليات محاكاة للديناميكيات الجزيئية الأولية (AIMD)، وتجارب حيود النيوترونات، وتحليلات كثافة طول تشتت النيوترونات. مكنتهم هذه التقنيات من دراسة بنية Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 بمزيد من التفصيل وتحديد ما يجعله مميزًا كموصل ثنائي الأيونات.

ومن المثير للاهتمام أن الفريق وجد أن الموصلية العالية للأكسيد والأيون لـ Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 تنبع من ظاهرة فريدة (الشكل). اتضح أن مونومرات MO5 المجاورة في Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 يمكن أن تشكل ثنائيات M2O9 من خلال مشاركة ذرة أكسجين في إحدى زواياها (M = Nb أو Mo). يؤدي كسر هذه الثنائيات وإعادة تشكيلها إلى حركة أيونات الأكسيد فائقة السرعة بطريقة مشابهة لصف طويل من الأشخاص الذين ينقلون دلاء من الماء (أيونات الأكسيد) من شخص إلى آخر. علاوة على ذلك، كشفت عمليات محاكاة AIMD أن التوصيل العالي للبروتون المرصود كان بسبب هجرة البروتون الفعالة في طبقات BaO3 السداسية المتراصة في المادة.

مجتمعة، تسلط نتائج هذه الدراسة الضوء على إمكانات الموصلات ثنائية الأيونات المرتبطة بالبيروفسكايت، ويمكن أن تكون بمثابة مبادئ توجيهية للتصميم الرشيد لهذه المواد. "إن النتائج الحالية للموصليات العالية وآليات الهجرة الأيونية الفريدة في Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 ستساعد في تطوير العلوم والهندسة الخاصة بأكسيد الأيونات والبروتونات والموصلات ثنائية الأيونات"، يختتم البروفيسور ياشيما المتفائل.

نأمل أن تقودنا المزيد من الأبحاث إلى مواد موصلة بشكل أفضل لتقنيات الطاقة من الجيل التالي.

####

حول معهد طوكيو للتكنولوجيا
تقف Tokyo Tech في طليعة البحث والتعليم العالي باعتبارها الجامعة الرائدة
للعلوم والتكنولوجيا في اليابان. يتفوق باحثو طوكيو للتكنولوجيا في مجالات تتراوح من
علوم المواد إلى علم الأحياء وعلوم الكمبيوتر والفيزياء. تأسست شركة طوكيو للتكنولوجيا عام 1881
تستضيف أكثر من 10,000 طالب جامعي وطلاب دراسات عليا سنويًا، والذين يتطورون إلى طلاب علميين
القادة وبعض المهندسين الأكثر رواجًا في الصناعة. تجسيد اليابانيين
فلسفة "monotsukuri"، والتي تعني "البراعة التقنية والابتكار"، شركة Tokyo Tech
يسعى المجتمع إلى المساهمة في المجتمع من خلال الأبحاث عالية التأثير.
https://www.titech.ac.jp/english/

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
إميكو كاواجوتشي
معهد طوكيو للتكنولوجيا
المكتب: + 81-3-5734-2975

حقوق النشر © معهد طوكيو للتكنولوجيا

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: