东京工业大学理学院化学系研究生矢口宽（研究当时）、八岛正知教授等人组成的研究团队发表研究成果称，在200℃以下的低温区域，发现了氧化物离子传导性超过以往材料的酰氯新材料。另外，研究团队还阐明了在氧化物离子传导性较高的高温下，晶体呈现的结构和氧化物离子的扩散路径。此外，通过第一性原理分子动力学模拟，揭示了这种新材料的氧化物离子传导机理。由此发现，由于氧化物离子通过间隙氧位和晶格氧位从准间隙晶格进行二维扩散，从而使新材料表现出了高离子传导性。另外，研究团队还发现这种新氧化物的离子传导体在广泛的氧分压范围内具有恒定的电导率、电子传导不会降低发电效率，且化学性质非常稳定的特点。
图1.（a）空位机制及（b）准间隙晶格引起的氧化物离子扩散机制（供图：东京工业大学、© Wiley、作者等（2023））
图2. 400℃下LaBi1.9Te0.1O4.05Cl的（a）晶体结构和（b）中子散射长度密度分布及其等值面和晶体结构（供图：东京工业大学、© Wiley、作者等（2023））
本次研究实现的准间隙晶格所引发的含铋高氧化物离子传导，不同于以往的含铋高离子传导体，为氧化物离子传导体提供了一种新的设计方针，有望应用于各种新材料的开发。另外，通过实现低温区域的高离子传导和高稳定性，还有望推动在低温下工作的固体氧化物燃料电池等高性能电化学器件的开发。该研究成果已刊登在《Advanced Functional Materials》电子版上。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志: Advanced Functional Materials Vol.33, 2214082 (2023)
论文：High Oxide-ion Conductivity through the Interstitial Oxygen Site in Sillén Oxychlorides
DOI：10.1002/adfm.202214082
