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Computational research of ionic conductance mechanism in bulk and interfaces of proton conductive oxides

Computational research of ionic conductance mechanism in bulk and interfaces of proton conductive oxides
质子导电氧化物本体和界面离子电导机理的计算研究
批准号:
23760629
负责人:
KUWABARA Akihide
金额:
$2.66万
依托单位:
依托单位国家:
日本
项目类别:
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份:
2011
资助国家:
日本
项目状态:
已结题
起止时间:
2011 至 2013

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
采用基于密度泛函理论的理论计算方法,系统地计算了BaZrO_3的点缺陷形成行为。估算了热平衡缺陷浓度,包括缺陷缔合模型。我们的计算结果定量地揭示了化学计量比对BaZrO_3中缺陷形成行为的强烈影响。合成质子导电性BaZrO_3需要有富BA的条件。如果BaZrO_3样品的相平衡条件向相反的富锆侧转变,则掺杂对Ba位的替代抑制了水化反应。通过基于密度泛函理论和热力学的计算,成功地再现了与降温有关的水分子对氧化物空位的水合作用。结合能计算表明,在较低的温度条件下,质子主要与三价受主掺杂结合。为了提高氧化物的质子导电性,需要选择低缔合能的掺杂剂。
英文摘要
Theoretical calculations based on density functional theory have been systematically performed to compute the point defect formation behavior of BaZrO3. Thermal equilibrium defect concentrations are evaluated including defect association models. Our calculations have quantitatively revealed that stoichiometry strongly affects defect formation behavior in BaZrO3. Ba-rich condition is necessary for synthesizing proton conductive BaZrO3. If phase equilibrium condition of BaZrO3 samples changes to opposite Zr-rich side, hydration reaction is suppressed by dopants substituted for Ba sites. Hydration of oxide vacancy by water molecules associated with temperature decreasing is successfully reproduced by calculations based on DFT and thermodynamics. Calculations of association energy show that protons are mostly bound with trivalent acceptor dopants at lower temperature conditions. In order to improve proton conductivity in oxides, dopants showing low association energy need to be chosen.
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会议论文
Theoretical Modeling of Defect Formation Behavior in Acceptor-doped BaZrO3 using DFT calculations
使用 DFT 计算对受主掺杂 BaZrO3 中的缺陷形成行为进行理论建模
DOI: --
发表时间: 2012
期刊:
影响因子: --
作者: [Akihide Kuwabara, Kazuaki Toyoura, Yukinori Koyama, Craig A. J. Fisher, Fumiyasu Oba, Katsuyuki Matsunaga, Hiroki Moriwake, Isao Tanaka]
通讯作者: Isao Tanaka
プロトン伝導性BaZrO3における欠陥会合状態の影響
质子传导 BaZrO3 中缺陷缔合态的影响
DOI: --
发表时间: 2013
期刊:
影响因子: --
作者: [桑原彰秀, Craig A. J. Fisher, 森分博紀, 豊浦和明, 松永克志 小山幸典, 大場史康, 田中功]
通讯作者: 田中功
プロトン伝導型固体電解質BaZrO3における熱平衡欠陥濃度の第一原理計算
质子传导固体电解质BaZrO3热平衡缺陷浓度的第一性原理计算
DOI: --
发表时间: 2011
期刊:
影响因子: --
作者: [桑原彰秀, 豊浦和明, 小山幸典, 大場史康, Craig A. J. Fisher, 森分博紀, 松永克志, 田中功]
通讯作者: 田中功
First Principles Calculations of Point Defect Formation in Solid State Ionics Materials
固态离子材料中点缺陷形成的第一原理计算
DOI: --
发表时间: 2012
期刊:
影响因子: --
作者: [桑原彰秀, Craig A. J. Fisher, 森分博紀, 豊浦和明, 松永克志 小山幸典, 大場史康, 田中功, 太田 道広, Akihide Kuwabara, 平井 伸治, 桑原彰秀, Akihide Kuwabara, 平井 伸治, Akihide Kuwabara]
通讯作者: Akihide Kuwabara
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