Nanoteknoloji Şimdi - Basın Bülteni: Yeni Bir Perovskit Oksit Türündeki Benzersiz İletim Mekanizmalarına Işık Tutuyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Yeni bir tür perovskit oksitte benzersiz iletim mekanizmalarına ışık tutuyor

Üstteki şekil oksit-iyon geçişinin anlık görüntüsünü göstermektedir. Kırmızı ve yeşil oksit iyonları, M2O9 dimerlerinin parçalanması ve yeniden düzenlenmesi yoluyla hareket eder; bu, M katyonunun Nb5+ veya Mo6+ olduğu durumlarda hızlı oksit-iyon difüzyonunu mümkün kılar. Sol alt şekildeki 800 ° C'deki nötron kırınım verilerinden elde edilen nötron saçılma uzunluğu yoğunluk dağılımı, sağ alt şekildeki ab initio moleküler dinamik simülasyonlarından oksit iyonlarının zaman ve uzay ortalamalı olasılık yoğunluk dağılımı ile uyumludur. Sol alttaki şekildeki ara O5 atomu, köşeyi paylaşan oksijen atomuna karşılık gelir (sağ alttaki şekilde Osh ve üstteki şekilde kareler).

KREDİ
Malzemelerin Kimyası

Özet:
Tokyo Tech'teki bilim adamlarının bildirdiği gibi, altıgen perovskite bağlı oksit Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1'in dikkat çekici proton ve oksit-iyon (çift iyon) iletkenlikleri, yeni nesil elektrokimyasal cihazlar için umut vericidir. Ortaya çıkardıkları benzersiz iyon taşıma mekanizmalarının, yarının temiz enerji teknolojilerinde önemli bir rol oynayabilecek daha iyi çift iyon iletkenlerin önünü açacağı ümit ediliyor.

Yeni bir tür perovskit oksitte benzersiz iletim mekanizmalarına ışık tutmak

Tokyo, Japonya | 17 Kasım 2023'de yayınlandı

Temiz enerji teknolojileri sürdürülebilir toplumların temel taşıdır ve katı oksit yakıt hücreleri (SOFC'ler) ve proton seramik yakıt hücreleri (PCFC'ler), yeşil enerji üretimi için en umut verici elektrokimyasal cihaz türleri arasındadır. Ancak bu cihazlar hâlâ geliştirilmelerini ve benimsenmelerini engelleyen zorluklarla karşı karşıyadır.

İdeal olarak SOFC'ler, istenmeyen kimyasal reaksiyonların kendilerini oluşturan malzemeleri bozmasını önlemek için düşük sıcaklıklarda çalıştırılmalıdır. Ne yazık ki, SOFC'lerin önemli bir bileşeni olan bilinen oksit-iyon iletkenlerin çoğu, yalnızca yüksek sıcaklıklarda iyi iyonik iletkenlik sergiler. PCFC'lere gelince, bunlar yalnızca karbondioksit atmosferleri altında kimyasal olarak kararsız olmakla kalmıyor, aynı zamanda üretim sırasında enerji yoğun, yüksek sıcaklıktaki işlem adımlarına da ihtiyaç duyuyorlar.

Neyse ki hem SOFC'lerin hem de PCFC'lerin faydalarını birleştirerek bu sorunları çözebilecek bir malzeme türü var: çift iyon iletkenler. Hem protonların hem de oksit iyonlarının difüzyonunu destekleyerek, çift iyonlu iletkenler daha düşük sıcaklıklarda yüksek toplam iletkenlik elde edebilir ve elektrokimyasal cihazların performansını artırabilir. Her ne kadar Ba7Nb4MoO20 gibi perovskite bağlı bazı çift iyon iletken malzemeler rapor edilmiş olsa da bunların iletkenlikleri pratik uygulamalar için yeterince yüksek değildir ve bunların altında yatan iletken mekanizmalar iyi anlaşılmamıştır.

Bu çerçevede, Japonya Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Masatomo Yashima liderliğindeki bir araştırma ekibi, 7Nb4MoO20'ye benzer ancak daha yüksek Mo fraksiyonuna sahip (yani Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2) malzemelerin iletkenliğini araştırmaya karar verdi. . Avustralya Nükleer Bilim ve Teknoloji Örgütü (ANSTO), Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Kuruluşu (KEK) ve Tohoku Üniversitesi ile işbirliği içinde yürütülen son çalışmaları Malzeme Kimyası'nda yayınlandı.

Çeşitli Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2 bileşimlerini taradıktan sonra ekip, Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1'in dikkate değer proton ve oksit-iyon iletkenliğine sahip olduğunu buldu. “Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1, ıslak hava altında 11 °C'de 537 mS/cm ve kuru hava altında 10 °C'de 593 mS/cm toplu iletkenlik sergiledi. Ba400Nb7Mo3.8O1.2'in ıslak havadaki 20.1 ° C'deki toplam doğru akım iletkenliği, Ba13Nb7MoO4'ninkinden 20 kat daha yüksekti ve 306 ° C'deki kuru havadaki toplu iletkenlik, geleneksel itriya ile stabilize edilmiş zirkonyanınkinden 175 kat daha yüksekti (YSZ),” diye vurguluyor Prof. Yashima.

Daha sonra araştırmacılar bu yüksek iletkenlik değerlerinin arkasında yatan mekanizmalara ışık tutmaya çalıştı. Bu amaçla, başlangıçtan itibaren moleküler dinamik (AIMD) simülasyonları, nötron kırınım deneyleri ve nötron saçılma uzunluğu yoğunluk analizleri gerçekleştirdiler. Bu teknikler, Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1'in yapısını daha detaylı incelemelerine ve onu çift iyonlu bir iletken olarak neyin özel kıldığını belirlemelerine olanak sağladı.

İlginç bir şekilde ekip, Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1'in yüksek oksit-iyon iletkenliğinin benzersiz bir olaydan kaynaklandığını buldu (Şekil). Ba5Nb7Mo3.8O1.2'deki bitişik MO20.1 monomerlerinin, köşelerinden birinde bir oksijen atomunu paylaşarak (M = Nb veya Mo katyonu) M2O9 dimerleri oluşturabildiği ortaya çıktı. Bu dimerlerin kırılması ve yeniden biçimlendirilmesi, uzun bir sıra halinde suyun (oksit iyonları) bir kişiden diğerine aktarılmasına benzer bir şekilde ultra hızlı oksit-iyon hareketine yol açar. Ayrıca AIMD simülasyonları, gözlemlenen yüksek proton iletiminin, malzemedeki altıgen sıkı paketlenmiş BaO3 katmanlarındaki verimli proton göçünden kaynaklandığını ortaya çıkardı.

Birlikte ele alındığında, bu çalışmanın sonuçları perovskit ile ilgili çift iyon iletkenlerin potansiyelini vurgulamaktadır ve bu malzemelerin rasyonel tasarımı için kılavuz görevi görebilir. Umutlu Prof. Yashima, "Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1'deki yüksek iletkenliklere ve benzersiz iyon geçiş mekanizmalarına ilişkin mevcut bulgular, oksit-iyon, proton ve çift iyon iletkenlerine ilişkin bilim ve mühendisliğin geliştirilmesine yardımcı olacaktır" diye bitiriyor.

Daha fazla araştırmanın bizi yeni nesil enerji teknolojileri için daha iyi iletken malzemelere yönlendirmesini umuyoruz.

####

Tokyo Teknoloji Enstitüsü Hakkında
Tokyo Tech, lider üniversite olarak araştırma ve yüksek öğrenimde ön sıralarda yer almaktadır
Japonya'da bilim ve teknoloji için. Tokyo Tech araştırmacıları aşağıdaki alanlarda üstün başarı göstermektedir:
malzeme biliminden biyolojiye, bilgisayar biliminden ve fiziğe. 1881 yılında kurulan Tokyo Tech
Yılda 10,000'den fazla lisans ve lisansüstü öğrenciye ev sahipliği yapan
liderler ve endüstrideki en çok aranan mühendislerden bazıları. Japonları somutlaştırmak
Tokyo Tech'in "teknik yaratıcılık ve yenilik" anlamına gelen "monotsukuri" felsefesi
topluluk, yüksek etkili araştırmalar yoluyla topluma katkıda bulunmaya çalışır.
https://www.titech.ac.jp/english/

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Emiko Kawaguchi
Tokyo Teknoloji Enstitüsü
Ofis: +81-3-5734-2975

Telif Hakkı © Tokyo Teknoloji Enstitüsü

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: