Oxide ion transport in Sr2Fe1.5Mo0.5O6−δ, a mixed ion-electron conductor: new insights from first principles modeling

文献情報

出版日 2013-03-07
DOI 10.1039/C3CP50995H
インパクトファクター 3.676
著者

Ana B. Muñoz-García, Michele Pavone, Andrew M. Ritzmann


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要旨

We use ab initio density functional theory + U calculations to characterize the oxide ion diffusion process in bulk Sr2Fe1.5Mo0.5O6−δ (SFMO) by analyzing the formation and migration of oxygen vacancies. We show that SFMO's remarkable ionic conductivity arises from its intrinsic content of oxygen vacancies and a predicted very low migration barrier of such vacancies. Theoretical analysis of the electronic structure reveals a crucial role played by strongly hybridized Fe 3d/O 2p states to achieve the attendant mixed ion-electron conductor character so important for intermediate temperature fuel cell operation. We predict a next-nearest-neighbor-type migration pathway for the O2− ion should dominate. The low energy barrier of this pathway is mainly related to electrostatic interactions with homogeneously distributed Mo in the SFMO sublattice. We identify the reasons why Fe-rich perovskites, with the key addition of a certain concentration of Mo, produce excellent electronic and ionic transport properties so crucial for efficient operation of intermediate temperature solid oxide fuel cells.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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