当前位置：
X-MOL 学术
›
J. Mater. Chem. A
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
The role of oxygen vacancies on the vibrational motions of hydride ions in the oxyhydride of barium titanate
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2020/03/23 , DOI: 10.1039/c9ta11912d Carin Eklöf-Österberg 1, 2, 3, 4 , Laura Mazzei 2, 3, 4, 5 , Erik Jedvik Granhed 2, 3, 4, 5 , Göran Wahnström 2, 3, 4, 5 , Reji Nedumkandathil 4, 6, 7, 8 , Ulrich Häussermann 4, 6, 7, 8 , Aleksander Jaworski 4, 6, 7, 8 , Andrew J. Pell 4, 6, 7, 8 , Stewart F. Parker 9, 10, 11, 12 , Niina H. Jalarvo 13, 14, 15, 16 , Lars Börjesson 2, 3, 4, 5 , Maths Karlsson 1, 2, 3, 4
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2020/03/23 , DOI: 10.1039/c9ta11912d Carin Eklöf-Österberg 1, 2, 3, 4 , Laura Mazzei 2, 3, 4, 5 , Erik Jedvik Granhed 2, 3, 4, 5 , Göran Wahnström 2, 3, 4, 5 , Reji Nedumkandathil 4, 6, 7, 8 , Ulrich Häussermann 4, 6, 7, 8 , Aleksander Jaworski 4, 6, 7, 8 , Andrew J. Pell 4, 6, 7, 8 , Stewart F. Parker 9, 10, 11, 12 , Niina H. Jalarvo 13, 14, 15, 16 , Lars Börjesson 2, 3, 4, 5 , Maths Karlsson 1, 2, 3, 4
Affiliation
|
Perovskite-type oxyhydrides, BaTiO3−xHx, represent a novel class of hydride ion conducting materials of interest for several electrochemical applications, but fundamental questions surrounding the defect chemistry and hydride ion transport mechanism remain unclear. Here we report results from powder X-ray diffraction, thermal gravimetric analysis, nuclear magnetic resonance spectroscopy, inelastic neutron scattering (INS), and density functional theory (DFT) simulations on three metal hydride reduced BaTiO3 samples characterized by the simultaneous presence of hydride ions and oxygen vacancies. The INS spectra are characterized by two predominating bands at around 114 (ω⊥) and 128 (ω∥) meV, assigned as fundamental Ti–H vibrational modes perpendicular and parallel to the Ti–H–Ti bond direction, respectively, and four additional, weaker, bands at around 99 (ω1), 110 (ω2), 137 (ω3) and 145 (ω4) meV that originate from a range of different local structures associated with different configurations of the hydride ions and oxygen vacancies in the materials. Crucially, the combined analyses of INS and DFT data confirm the presence of both nearest and next-nearest neighbouring oxygen vacancies to the hydride ions. This supports previous findings from quasielastic neutron scattering experiments, that the hydride ion transport is governed by jump diffusion dynamics between neighbouring and next-nearest neighbouring hydride ion–oxygen vacancy local structures. Furthermore, the investigation of the momentum transfer dependence of the INS spectrum is used to derive the mean square displacement of the hydride ions, which is shown to be in excellent agreement with the calculations. Analysis of the mean square displacement confirms that the hydrogen vibrational motions are localized in nature and only very weakly affected by the dynamics of the surrounding perovskite structure. This insight motivates efforts to identify alternative host lattices that allow for a less localization of the hydride ions as a route to higher hydride ion conductivities.
中文翻译：
氧空位对钛酸钡氢氧根中氢离子振动运动的影响
钙钛矿型氢氧化物BaTiO 3- x H x代表了一些新型电化学应用中感兴趣的新型氢化物离子导电材料，但围绕缺陷化学和氢化物离子传输机理的基本问题仍然不清楚。在这里，我们报告了粉末X射线衍射，热重分析，核磁共振波谱，非弹性中子散射（INS）和密度泛函理论（DFT）对三种金属氢化物还原的BaTiO 3样品（同时存在氢化物）的模拟结果离子和氧空位。的INS光谱在约114（的特征在于由两个为主的频带ω ⊥）和128（ω∥）兆电子伏，指定为基本的Ti-H振动模式垂直和平行于所述的Ti-H-Ti键的方向，分别与四个附加，越弱，带在约99（ ω 1），110（ ω 2），137（ ω 3）和145（ ω 4meV源自与材料中氢离子和氧空位的不同构型相关的一系列不同的局部结构。至关重要的是，对INS和DFT数据的综合分析证实了与氢化物离子最接近和最接近的相邻氧空位的存在。这支持了准弹性中子散射实验的先前发现，即氢化物离子的传输受邻近和邻近的邻近氢化物离子-氧空位局部结构之间的跃迁扩散动力学控制。此外，通过对INS谱的动量传递依赖性进行研究，可以得出氢化物离子的均方位移，这与计算结果非常吻合。对均方位移的分析证实，氢振动运动本质上是局部的，并且仅受周围钙钛矿结构动力学的影响很小。这种见识激发了人们努力寻找替代的主晶格的可能性，这些晶格允许氢离子的局部化程度降低，从而实现更高的氢离子电导率。
更新日期：2020-04-01
中文翻译：
氧空位对钛酸钡氢氧根中氢离子振动运动的影响
钙钛矿型氢氧化物BaTiO 3- x H x代表了一些新型电化学应用中感兴趣的新型氢化物离子导电材料，但围绕缺陷化学和氢化物离子传输机理的基本问题仍然不清楚。在这里，我们报告了粉末X射线衍射，热重分析，核磁共振波谱，非弹性中子散射（INS）和密度泛函理论（DFT）对三种金属氢化物还原的BaTiO 3样品（同时存在氢化物）的模拟结果离子和氧空位。的INS光谱在约114（的特征在于由两个为主的频带ω ⊥）和128（ω∥）兆电子伏，指定为基本的Ti-H振动模式垂直和平行于所述的Ti-H-Ti键的方向，分别与四个附加，越弱，带在约99（ ω 1），110（ ω 2），137（ ω 3）和145（ ω 4meV源自与材料中氢离子和氧空位的不同构型相关的一系列不同的局部结构。至关重要的是，对INS和DFT数据的综合分析证实了与氢化物离子最接近和最接近的相邻氧空位的存在。这支持了准弹性中子散射实验的先前发现，即氢化物离子的传输受邻近和邻近的邻近氢化物离子-氧空位局部结构之间的跃迁扩散动力学控制。此外，通过对INS谱的动量传递依赖性进行研究，可以得出氢化物离子的均方位移，这与计算结果非常吻合。对均方位移的分析证实，氢振动运动本质上是局部的，并且仅受周围钙钛矿结构动力学的影响很小。这种见识激发了人们努力寻找替代的主晶格的可能性，这些晶格允许氢离子的局部化程度降低，从而实现更高的氢离子电导率。
京公网安备 11010802027423号