The influence of oxygen vacancy on the electronic and optical properties of ABO3−δ (A = La, Sr, B = Fe, Co) perovskites

文献情報

出版日 2019-08-28
DOI 10.1039/C9CP03883C
インパクトファクター 3.676
著者

Ting Jia, Zhi Zeng, Xiaoli Zhang, Paul Ohodnicki, Benjamin Chorpening, Gregory Hackett, Jonathan Lekse, Yuhua Duan


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要旨

ABO3−δ (A = La, Sr, B = Fe, Co) perovskites are useful in a wide range of applications, including their recent exploration for application in high-temperature optical oxygen sensing for energy conversion devices such as solid oxide fuel cells. To elucidate the dependence of functional properties and oxygen vacancy formation on defect chemistry and composition, first principles calculations are presented. The obtained results show that oxygen vacancy (VO) formation energies are in the order of LaFeO3 > LaCoO3 > SrFeO3 > SrCoO3. Furthermore, the influence of VO on the electronic and optical properties is investigated for the high temperature stable phases (T = 1100 K). For the LaFeO3 insulator, the VO donated electrons are all localized on the down-spin d3z2−r2 orbitals of the nearest Fe ions. These defect states located in the band gap induce a drop in the energy onset of absorption as pristine bulk → V2+O → V1+O → V0O, and especially, an extra absorption peak appears between 0.5 and 1.5 eV due to V0O and V1+O formation. In the rest of the crystals that expressed a metallic feature, the VO donated electrons partially localize on the down-spin d3z2−r2 orbital and partially delocalize through the lattice, by which the absorption peaks (0.5–2.0 eV for LaCoO3, 0.0–0.5 eV for SrFeO3 and SrCoO3) from the electronic excitation near the Fermi level are enhanced. A high VO concentration of oxygen divacancy in SrFeO3 and SrCoO3 could enhance charge localization on down-spin d3z2−r2 orbitals, resulting in a remarkable increase of optical absorption at 1.5–3.0 eV.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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

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