Nanotechnologie nu - Persbericht: licht werpen op unieke geleidingsmechanismen in een nieuw type perovskietoxide

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Licht werpen op unieke geleidingsmechanismen in een nieuw type perovskietoxide

$De bovenste figuur toont de momentopname voor de migratie van oxide-ionen. De rode en groene oxide-ionen bewegen door het breken en reformeren van M2O9-dimeren, wat snelle diffusie van oxide-ionen mogelijk maakt waarbij het M-kation Nb5+ of Mo6+ is. De neutronenverstrooiingslengtedichtheidsverdeling uit neutronendiffractiegegevens bij 800 ℃ in de figuur linksonder komt overeen met de tijd- en ruimtegemiddelde waarschijnlijkheidsdichtheidsverdeling van oxide-ionen uit ab initio moleculaire dynamica-simulaties in de figuur rechtsonder. Het interstitiële O5-atoom in de figuur linksonder komt overeen met het hoekdelende zuurstofatoom (Osh in de figuur rechtsonder en vierkanten in de figuur bovenaan). CREDIT Chemie van materialen$

De bovenste figuur toont de momentopname voor de migratie van oxide-ionen. De rode en groene oxide-ionen bewegen door het breken en reformeren van M2O9-dimeren, wat snelle diffusie van oxide-ionen mogelijk maakt waarbij het M-kation Nb5+ of Mo6+ is. De neutronenverstrooiingslengtedichtheidsverdeling uit neutronendiffractiegegevens bij 800 ℃ in de figuur linksonder komt overeen met de tijd- en ruimtegemiddelde waarschijnlijkheidsdichtheidsverdeling van oxide-ionen uit ab initio moleculaire dynamica-simulaties in de figuur rechtsonder. Het interstitiële O5-atoom in de figuur linksonder komt overeen met het hoekdelende zuurstofatoom (Osh in de figuur rechtsonder en vierkanten in de figuur bovenaan).

CREDIT
Chemie van materialen

Abstract:
De opmerkelijke geleidbaarheid van protonen en oxide-ionen (dual-ionen) van hexagonaal perovskiet-gerelateerd oxide Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 zijn veelbelovend voor elektrochemische apparaten van de volgende generatie, zoals gerapporteerd door wetenschappers van Tokyo Tech. De unieke ionentransportmechanismen die ze hebben onthuld zullen hopelijk de weg vrijmaken voor betere dual-ionengeleiders, die een essentiële rol zouden kunnen spelen in de schone energietechnologieën van morgen.

Licht werpen op unieke geleidingsmechanismen in een nieuw type perovskietoxide

Tokio, Japan | Geplaatst op 17 november 2023

Schone energietechnologieën vormen de hoeksteen van duurzame samenlevingen, en vaste-oxidebrandstofcellen (SOFC's) en proton-keramische brandstofcellen (PCFC's) behoren tot de meest veelbelovende soorten elektrochemische apparaten voor de opwekking van groene stroom. Deze apparaten worden echter nog steeds geconfronteerd met uitdagingen die hun ontwikkeling en acceptatie belemmeren.

Idealiter zouden SOFC's bij lage temperaturen moeten worden gebruikt om te voorkomen dat ongewenste chemische reacties de materialen waaruit ze bestaan, aantasten. Helaas vertonen de meeste bekende oxide-ionengeleiders, een sleutelcomponent van SOFC's, alleen een behoorlijke ionische geleidbaarheid bij verhoogde temperaturen. PCFC's zijn niet alleen chemisch instabiel onder een atmosfeer van kooldioxide, maar vereisen ook energie-intensieve verwerkingsstappen bij hoge temperaturen tijdens de productie.

Gelukkig bestaat er een soort materiaal dat deze problemen kan oplossen door de voordelen van zowel SOFC’s als PCFC’s te combineren: dual-ion-geleiders. Door de diffusie van zowel protonen als oxide-ionen te ondersteunen, kunnen dual-ionengeleiders een hoge totale geleidbaarheid realiseren bij lagere temperaturen en de prestaties van elektrochemische apparaten verbeteren. Hoewel er melding is gemaakt van enkele perovskietgerelateerde geleidende materialen met dubbele ionen, zoals Ba7Nb4MoO20, is hun geleidbaarheid niet hoog genoeg voor praktische toepassingen en zijn hun onderliggende geleidende mechanismen niet goed begrepen.

Tegen deze achtergrond besloot een onderzoeksteam onder leiding van professor Masatomo Yashima van het Tokyo Institute of Technology, Japan, de geleidbaarheid te onderzoeken van materialen vergelijkbaar met 7Nb4MoO20 maar met een hogere Mo-fractie (dat wil zeggen Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2). . Hun nieuwste onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met de Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO), de High Energy Accelerator Research Organization (KEK) en Tohoku University, werd gepubliceerd in Chemistry of Materials.

Na het screenen van verschillende Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2-samenstellingen ontdekte het team dat Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 opmerkelijke proton- en oxide-iongeleidingen had. “Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 vertoonde een bulkgeleidbaarheid van 11 mS/cm bij 537 ℃ onder natte lucht en 10 mS/cm bij 593 ℃ onder droge lucht. De totale gelijkstroomgeleiding bij 400 ℃ in natte lucht van Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 was 13 keer hoger dan die van Ba7Nb4MoO20, en de bulkgeleiding in droge lucht bij 306 ℃ is 175 keer hoger dan die van het conventionele yttriumoxide-gestabiliseerde zirkoniumoxide (YSZ)”, benadrukt prof. Yashima.

Vervolgens probeerden de onderzoekers licht te werpen op de onderliggende mechanismen achter deze hoge geleidbaarheidswaarden. Daartoe voerden ze ab initio moleculaire dynamica (AIMD) simulaties, neutronendiffractie-experimenten en analyses van de lengtedichtheid van neutronenverstrooiing uit. Met deze technieken konden ze de structuur van Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 gedetailleerder bestuderen en bepalen wat het bijzonder maakt als dual-ionengeleider.

Interessant genoeg ontdekte het team dat de hoge oxide-ionengeleidbaarheid van Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 voortkomt uit een uniek fenomeen (figuur). Het blijkt dat aangrenzende MO5-monomeren in Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 M2O9-dimeren kunnen vormen door een zuurstofatoom op een van hun hoeken te delen (M = Nb of Mo-kation). Het breken en hervormen van deze dimeren geeft aanleiding tot een ultrasnelle beweging van oxide-ionen op een manier die analoog is aan een lange rij mensen die emmers water (oxide-ionen) van de ene persoon naar de andere doorgeven. Bovendien onthulden de AIMD-simulaties dat de waargenomen hoge protonengeleiding het gevolg was van efficiënte protonenmigratie in de hexagonale, dicht opeengepakte BaO3-lagen in het materiaal.

Alles bij elkaar benadrukken de resultaten van deze studie het potentieel van perovskietgerelateerde dual-ionengeleiders en zouden ze kunnen dienen als richtlijnen voor het rationele ontwerp van deze materialen. “De huidige bevindingen van hoge geleidbaarheid en unieke ionenmigratiemechanismen in Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 zullen de ontwikkeling van wetenschap en techniek van oxide-ion-, proton- en dual-ion-geleiders helpen”, concludeert een hoopvolle prof. Yashima.

We hopen dat verder onderzoek ons leidt naar nog beter geleidende materialen voor de volgende generatie energietechnologieën.

####

Over het Tokyo Institute of Technology
Tokyo Tech loopt als toonaangevende universiteit voorop op het gebied van onderzoek en hoger onderwijs
voor wetenschap en technologie in Japan. Tokyo Tech-onderzoekers blinken uit in vakgebieden variërend van
materiaalkunde tot biologie, informatica en natuurkunde. Tokyo Tech werd in 1881 opgericht
herbergt meer dan 10,000 studenten en studenten per jaar, die zich ontwikkelen tot wetenschappelijk
leiders en enkele van de meest gewilde ingenieurs in de industrie. Het belichamen van de Japanners
filosofie van ‘monotsukuri’, wat ‘technisch vernuft en innovatie’ betekent, de Tokyo Tech
gemeenschap streeft ernaar een bijdrage te leveren aan de samenleving door middel van onderzoek met grote impact.
https://www.titech.ac.jp/english/

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Emiko Kawaguchi
Tokyo Institute of Technology
Kantoor: + 81-3-5734-2975

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:

Gerelateerde Links

ARTIKEL TITEL

Gerelateerd nieuws Pers

Nieuws en informatie

Omgekeerde perovskiet-zonnecel breekt efficiëntierecord van 25%: Onderzoekers verbeteren de celefficiëntie door een combinatie van moleculen te gebruiken om verschillende problemen aan te pakken November 17th, 2023

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Nieuwe hulpmiddelen zullen helpen bij het bestuderen van de kwantumchemie aan boord van het internationale ruimtestation: professor Nicholas Bigelow uit Rochester hielp bij het ontwikkelen van experimenten die werden uitgevoerd in het Cold Atom Lab van NASA om de fundamentele aard van de wereld om ons heen te onderzoeken November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Perovskieten

Mogelijke toekomsten

Zilveren nanodeeltjes: garanderen antimicrobiële veilige thee November 17th, 2023

Drieledige aanpak onderscheidt de kwaliteiten van kwantumspinvloeistoffen November 17th, 2023

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

ontdekkingen

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Mededelingen

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Energie

De efficiënte perovskietcellen met een gestructureerde antireflectielaag – weer een stap richting commercialisering op grotere schaal Oktober 6th, 2023

Succesvolle morphing van anorganische perovskieten zonder hun functionele eigenschappen te beschadigen Oktober 6th, 2023

Een niet-covalente bindingservaring: wetenschappers ontdekken nieuwe structuren voor unieke hybride materialen door hun chemische bindingen te veranderen Juli 21st, 2023

Onderzoekspartnerschappen

Quasikristallen van nanodeeltjes geconstrueerd met DNA: de doorbraak opent de weg voor het ontwerpen en bouwen van complexere structuren November 3rd, 2023

Elektronische detectie van DNA-nanoballen maakt eenvoudige detectie van pathogenen mogelijk. Peer-reviewed publicatie 8 september 2023

Grafeen spin-out uit Manchester tekent baanbrekende deal van $ 1 miljard om wereldwijde duurzaamheidsuitdagingen aan te pakken: mijlpaalovereenkomst voor de commercialisering van grafeen April 14, 2023

De supergeleiding in een kagome-metaal vernietigen: elektronische controle van kwantumovergangen in kandidaat-materiaal voor toekomstige energiezuinige elektronica Maart 3rd, 2023

Zonne / fotovoltaïsche

Geladen ‘moleculaire beesten’ de basis voor nieuwe verbindingen: Onderzoekers van de Universiteit van Leipzig gebruiken ‘agressieve’ fragmenten van moleculaire ionen voor chemische synthese November 3rd, 2023

De efficiënte perovskietcellen met een gestructureerde antireflectielaag – weer een stap richting commercialisering op grotere schaal Oktober 6th, 2023

Een universele HCl-assistent poeder-tot-poederstrategie voor het bereiden van loodvrije perovskieten Maart 24th, 2023

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57424