نانوتکنولوژی اکنون - بیانیه مطبوعاتی: روشن کردن مکانیسم های رسانایی منحصر به فرد در نوع جدیدی از اکسید پروسکایت

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > روشن کردن مکانیسم های هدایت منحصر به فرد در نوع جدیدی از اکسید پروسکایت

شکل بالا تصویر فوری برای مهاجرت اکسید-یون را نشان می دهد. یون‌های اکسید قرمز و سبز با شکستن و اصلاح دایمرهای M2O9 حرکت می‌کنند، که انتشار سریع اکسید-یون را در جایی که کاتیون M Nb5+ یا Mo6+ است ممکن می‌سازد. توزیع چگالی طول پراکندگی نوترون از داده‌های پراش نوترون در 800 ℃ در شکل پایین سمت چپ با توزیع چگالی احتمال میانگین زمان و مکان یون‌های اکسید از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی از ابتدا در شکل پایین سمت راست مطابقت دارد. اتم O5 بینابینی در شکل پایین سمت چپ مربوط به اتم اکسیژن در گوشه است (Osh در شکل پایین سمت راست و مربع در شکل بالا).

اعتبار
شیمی مواد

چکیده:
رسانایی قابل توجه پروتون و اکسید-یون (دو یونی) اکسید شش ضلعی مرتبط با پروسکایت Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1، همانطور که توسط دانشمندان توکیو Tech گزارش شده است، برای دستگاه های الکتروشیمیایی نسل بعدی امیدوارکننده است. مکانیسم‌های منحصربه‌فرد انتقال یون که آنها رونمایی کردند، امیدواریم راه را برای رساناهای دو یونی بهتر هموار کند، که می‌تواند نقش اساسی در فناوری‌های انرژی پاک فردا داشته باشد.

روشن کردن مکانیسم های هدایت منحصر به فرد در نوع جدیدی از اکسید پروسکایت

توکیو، ژاپن | ارسال شده در 17 نوامبر 2023

فن‌آوری‌های انرژی پاک سنگ بنای جوامع پایدار هستند و سلول‌های سوختی اکسید جامد (SOFCs) و سلول‌های سوختی سرامیکی پروتون (PCFCs) از امیدوارکننده‌ترین انواع دستگاه‌های الکتروشیمیایی برای تولید برق سبز هستند. با این حال، این دستگاه ها هنوز با چالش هایی روبرو هستند که مانع توسعه و پذیرش آنها می شود.

در حالت ایده‌آل، SOFCها باید در دماهای پایین عمل کنند تا از تخریب مواد تشکیل دهنده آنها توسط واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری شود. متأسفانه، بیشتر هادی های اکسید-یون شناخته شده، جزء کلیدی SOFC ها، تنها در دماهای بالا هدایت یونی مناسبی را از خود نشان می دهند. در مورد PCFC ها، نه تنها از نظر شیمیایی در اتمسفر دی اکسید کربن ناپایدار هستند، بلکه در طول ساخت به مراحل پردازش انرژی بر و دمای بالا نیز نیاز دارند.

خوشبختانه، نوعی ماده وجود دارد که می تواند این مشکلات را با ترکیب مزایای هر دو SOFC و PCFC حل کند: رسانای دو یونی. با حمایت از انتشار پروتون ها و یون های اکسید، هادی های دو یونی می توانند رسانایی کل بالایی در دماهای پایین تر داشته باشند و عملکرد دستگاه های الکتروشیمیایی را بهبود بخشند. اگرچه برخی از مواد رسانای دو یونی مرتبط با پروسکایت مانند Ba7Nb4MoO20 گزارش شده‌اند، رسانایی آنها برای کاربردهای عملی به اندازه کافی بالا نیست و مکانیسم‌های هدایت زیربنایی آنها به خوبی شناخته نشده است.

در مقابل این پس‌زمینه، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور ماساتومو یاشیما از موسسه فناوری توکیو، ژاپن، تصمیم گرفتند رسانایی مواد مشابه 7Nb4MoO20 اما با کسر مو بالاتر (یعنی Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2) را بررسی کنند. . آخرین مطالعه آنها که با همکاری سازمان علوم و فناوری هسته ای استرالیا (ANSTO)، سازمان تحقیقات شتاب دهنده انرژی بالا (KEK) و دانشگاه توهوکو انجام شد، در Chemistry of Materials منتشر شد.

پس از غربالگری ترکیبات مختلف Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2، تیم دریافتند که Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 دارای رسانایی پروتون و اکسید-یون قابل توجهی است. Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 رسانایی توده ای 11 mS/cm در دمای 537 ℃ در هوای مرطوب و 10 mS/cm در دمای 593 ℃ در هوای خشک نشان داد. رسانایی کل جریان مستقیم در دمای 400 ℃ در هوای مرطوب Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 13 برابر بیشتر از Ba7Nb4MoO20 بود و رسانایی عمده در هوای خشک در دمای 306 ℃ 175 برابر بیشتر از رسانایی معمولی تثبیت شده با ایتریا است. (YSZ)،» پروفسور یاشیما را برجسته می کند.

در مرحله بعد، محققان به دنبال روشن کردن مکانیسم های اساسی در پشت این مقادیر رسانایی بالا بودند. برای این منظور، آنها شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (AIMD)، آزمایش‌های پراش نوترون و تحلیل‌های چگالی طول پراکندگی نوترون را انجام دادند. این تکنیک ها آنها را قادر ساخت تا ساختار Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند و مشخص کنند که چه چیزی آن را به عنوان یک رسانای دو یونی خاص می کند.

جالب توجه است، تیم دریافت که رسانایی اکسید-یونی بالای Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 از یک پدیده منحصر به فرد سرچشمه می گیرد (شکل). به نظر می رسد که مونومرهای MO5 مجاور در Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 می توانند دایمرهای M2O9 را با به اشتراک گذاشتن یک اتم اکسیژن در یکی از گوشه هایشان (کاتیون M = Nb یا Mo) تشکیل دهند. شکستن و اصلاح این دایمرها باعث حرکت فوق سریع اکسید-یون می شود، به روشی مشابه با صف طولانی افرادی که سطل های آب (یون های اکسید) را از یک نفر به فرد دیگر منتقل می کنند. علاوه بر این، شبیه‌سازی‌های AIMD نشان داد که هدایت پروتون بالا مشاهده‌شده به دلیل مهاجرت پروتون کارآمد در لایه‌های بسته شش ضلعی BaO3 در ماده است.

در مجموع، نتایج این مطالعه پتانسیل هادی های دو یونی مرتبط با پروسکایت را برجسته می کند و می تواند به عنوان دستورالعملی برای طراحی منطقی این مواد باشد. پروفسور یاشیما امیدوار می‌گوید: «یافته‌های کنونی از رسانایی بالا و مکانیسم‌های مهاجرت یونی منحصربه‌فرد در Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 به توسعه علم و مهندسی رساناهای اکسید-یون، پروتون و دو یون کمک می‌کند.»

امیدواریم تحقیقات بیشتر ما را به سمت مواد هدایت کننده بهتر برای فناوری های انرژی نسل بعدی هدایت کند.

####

درباره موسسه فناوری توکیو
توکیو تک به عنوان دانشگاه پیشرو در خط مقدم تحقیقات و آموزش عالی قرار دارد
برای علم و فناوری در ژاپن محققان فناوری توکیو در زمینه های مختلف از
علم مواد تا زیست شناسی، علوم کامپیوتر و فیزیک. توکیو تک در سال 1881 تاسیس شد
میزبان بیش از 10,000 دانشجوی کارشناسی و کارشناسی ارشد در سال است که به صورت علمی پیشرفت می کنند
رهبران و برخی از مهندسان مورد تقاضا در صنعت. تجسم ژاپنی ها
فلسفه "مونوتسوکوری" به معنای "نبوغ فنی و نوآوری"، فناوری توکیو
جامعه تلاش می کند تا از طریق تحقیقات با تاثیر بالا به جامعه کمک کند.
https://www.titech.ac.jp/english/

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
ایمیکو کاواگوچی
موسسه تکنولوژی توکیو
دفتر: +81-3-5734-2975

حق چاپ © موسسه فناوری توکیو

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: