最新Nature Materials：快速间隙氧导体的计算新发现！

第一作者：Jun Meng，Md Sariful Sheikh

通讯作者：Dane Morgan

通讯单位：威斯康星大学麦迪逊分校

Dane Morgan，Harvey D. Spangler工程学教授。目前是威斯康星大学麦迪逊分校的助理教授。

论文速览

新的高氧活性材料可通过在较低温度下(例如低于约400 ℃)实现有效的氧离子传输来增强许多与能源相关的技术。间隙氧导体有可能实现这种性能，但受到的关注远不如空位介导的导体。本论文通过结合物理启发的结构和性质描述符、从计算模拟和实验验证，提出了一种新的方法来发现快速间隙氧导体。

研究团队发现了多个新的氧导体家族，这些家族采用与已知氧导体完全不同的结构。研究者们合成并研究了La₄Mn₅Si₄O₂₂₊_δ这一代表成员，发现其具有比广泛使用的稳定氧化钇-氧化锆（YSZ）更高的氧离子电导率，并且在中等温度下具有已知材料中最高的表面氧交换速率。

快速的氧动力学归因于同时活跃的间隙和间隙循环扩散路径。研究提出，形成有效的间隙氧导体的基本特征是电子的可用性和结构的灵活性，这为理解并发现新的间隙氧导体提供了有力的方法。

图文导读

图1：间隙和空位传导氧化物中的氧迁移障碍的比较。

图2：新间隙氧导体的筛选方法的示意图。

图3：快速间隙氧导体的晶体结构。

图4：La₄Mn₅Si₄O₂₂的结构和间隙氧的流动性。

总结展望

本研究不仅发现了具有潜在应用价值的新型快速间隙氧导体，而且为设计和发现新的氧导体材料提供了理论基础和计算方法。

特别是La₄Mn₅Si₄O₂₂材料的发现，其在中等温度下展现出的高氧离子电导率和表面氧交换速率，预示着在能源相关技术中的应用前景。未来的工作可能会集中在进一步优化这些材料的性能，以及探索更多具有高氧导电性的新材料。

文献信息

标题：Computational discovery of fast interstitial oxygen conductors

期刊：Nature Materials

DOI：10.1038/s41563-024-01919-8

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