First-Principal Study of Proton Transfer in Metal Oxide Perovskite

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The mechanism of proton conduction of defect-free perovskite LaScO3 was investigated by ab initio molecular dynamics. The effects of the initial location and speed of a proton, the electric field, and the temperature of the system on the behavior of a proton in metal oxides of the perovskite type are considered. It is shown that the temperature of the system is the main factor affecting the speed of proton movement. The Arrhenius temperature behavior of proton conduction is found. In the absence of oxygen vacancies, the direction of proton movement in a crystal with a perovskite structure is determined by its interaction with lattice phonons; i.e., proton migration through metal-oxide perovskite has a polaronic character. Better understanding of the nature of proton migration along the perfect perovskite is one of the ways to improve the characteristics of clean energy devices.

作者简介

A. Galashev

Institute of High-Temperature Electrochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences;
Ural Federal University named after First President of Russia B.N. Yeltsin

编辑信件的主要联系方式.
Email: galashev@ihte.uran.ru
Yekaterinburg, Russia; Yekaterinburg, Russia

参考

  1. Zhang W., Hu Y.H. Progress in Proton-conducting Oxides as Electrolytes for Low-temperature Solid Oxide Fuel Cells: From Materials to Devices // Energy Sci. Eng. 2021. V. 9. P. 984.
  2. Смирнов Б.М. Проблемы глобальной энергетики атмосферы // ТВТ. 2021. Т. 59. № 4. С. 589.
  3. Wang Q., Wei H.-H., Xu Q. A Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-based Biogas-from-waste Generation System for Residential Buildings in China: A Feasibility Study // Sustainability. 2018. V. 10. P. 2395.
  4. Хасхачих В.В., Ларина О.М., Сычев Г.А., Герасимов Г.Я., Зайченко В.М. Пиролитические методы термической переработки твердых коммунальных отходов // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 467.
  5. Kreuer K.D., Paddison S.J., Spohr E., Schuster M. Transport in Proton Conductors for Fuel-cell Applications: Simulations, Elementary Reactions, and Phenomenology // Chem. Rev. 2004. V. 104. P. 4637.
  6. Горелов В.П., Строева А.Ю. Протонные твердые электролиты на основе LаScO3 // Электрохимия. 2012. Т. 48. № 10. С. 1044.
  7. Caramanico N., Di Florio G., Baratto M.C., Cigolotti V., Basosi R., Busi E. Economic Analysis of Hydrogen Household Energy Systems Including Incentives on Energy Communities and Externalities: A Case Study in Italy // Energies. 2021. V. 14. P. 5847.
  8. Inaguma Y., Liquan C., Itoh M., Nakamura T. High Ionic Conductivity in Lithium Lanthanum Titanate // Solid State Commun. 1993. V. 86. P. 689.
  9. Birke P., Scharner S., Huggins R.A., Weppner W. Electrolytic Stability Limit and Rapid Lithium Insertion in the Fast-ion-conducting Li0.29La0.57TiO3 Perovskite-type Compound // J. Electrochem. Soc. 1997. V. 144. P. L167.
  10. Stramare S., Thangadura V., Weppner W. Lithium Lanthanum Titanates: A Review // Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 3974.
  11. Zhao G., Suzuki K., Hirayama M., Kanno R. Syntheses and Characterization of Novel Perovskite-type LaScO3-based Lithium Ionic Conductors // Molecules. 2021. V. 26. P. 299.
  12. Hellstrom E.E., Van Gool W. Li Ion Conduction in Li2ZrO3, Li4ZrO4, and LiScO2 // Solid State Ion. 1981. V. 2. P. 59.
  13. Hui W., Chao L., Lu H. et al. Stabilizing Black-phase Formamidinium Perovskite Formation at Room Temperature and High Humidity // Science. 2021. V. 371. № 6536. P. 1359.
  14. Fang Z., Jia L., Yan N. et al. Proton-transfer-induced in situ Defect Passivation for Highly Efficient Wide-bandgap Inverted Perovskite Solar Cells // InfoMat. 2022. V. 4. № 6. e12307.
  15. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865.
  16. Siesta-pro/siesta-pseudos-and-basis-database. https://www.simuneatomistics.com/siesta-pro/siesta-pseudos-and-basis-database/
  17. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special Points for Brillouin-zone Integrations // Phys. Rev. B. 1976. V. 13. P. 5188.
  18. Belova K., Egorova A., Pachina S., Animits I. Crystal Structure, Electrical Conductivity and Hydration of the Novel Oxygen-deficient Perovskite La2ScZnO5.5, Doped with MgO and CaO // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 1181.
  19. Wang C., Xu B.B., Zhang X., Sun W., Chen J., Pan H., Yan M., Jiang Y. Ion Hopping: Design Principles for Strategies to Improve Ionic Conductivity for Inorganic Solid Electrolytes // Small. 2022. V. 18. № 43. 2107064.
  20. Pavone M., Muñoz-García A.B., Ritzmann A.M., Carter E.A. First-principles Study of Lanthanum Strontium Manganite: Insights into Electronic Structure and Oxygen Vacancy Formation // J. Phys. Chem. 2014. V. 118. P. 13346.
  21. Park M.H., Lee D.H., Yang K., Park J.-Y., Yu G.T., Park H.W., Materano M. et al. Review of Defect Chemistry in Fluorite-structure Ferroelectrics for Future Electronic Devices // J. Mater. Chem. 2020. V. 8. P. 10526.
  22. Жирифалько Л. Статистическая физика твердого тела / Под ред. Кресина В.З., Струнина Б.М. М.: Мир, 1975. 382 с.
  23. Zhang B., Tan R., Yang L. et al. Mechanisms and Properties of Ion-transport in Inorganic Solid Electrolytes // Energy Storage Mater. 2018. V. 10. P. 139.
  24. Yang H., Wu N. Ionic Conductivity and Ion Transport Mechanisms of Solid-state Lithium-ion Battery Electrolytes: A Review // Energy Sci. Eng. 2022. V. 10. № 5. P. 1643.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (304KB)
3.

下载 (414KB)
4.

下载 (498KB)
5.

下载 (58KB)
6.

下载 (267KB)
7.

下载 (690KB)
8.

下载 (426KB)
9.

下载 (40KB)

版权所有 © А.Е. Галашев, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».