Sm3+,Sr2+共掺杂对CeO2基电解质性能影响的 密度泛函理论+U计算

• 作者: 任俊峰 宣言 张蕾 林子敬 陈美娜 高慧颖
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 固体氧化物燃料电池 共掺杂效应 电导率 第一性原理计算
• 年，卷（期）: 2018,（8）
• 所属期刊栏目: 物理学交叉学科及有关科学技术领域
• 页码范围: 257-268
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.67.20172748

摘要

Sm3+,Sr2+共掺杂CeO2的离子电导率被证实可高达Sm3+掺杂CeO2离子电导率的近两倍,然而,共掺杂对CeO2电导率的作用机理尚不明确.本文利用第一性原理计算的密度泛函理论+U方法,对Sm3+和Sr2+共掺杂的CeO2进行了系统的研究,对比Sm3+或Sr2+单掺杂的CeO2体系,计算并分析了共掺杂体系的电子态密度、能带结构、氧空位形成能以及氧空位迁移能等微观属性.计算结果表明,Sm3+,Sr2+的共掺杂对CeO2基电解质性能的提高具有协同效应,二者的共掺杂不仅能协同抑制CeO2体系的电子电导率,还能在单掺杂CeO2的基础上进一步降低氧空位形成能,Sm3+的存在还有助于降低Sr2+对氧空位的俘获作用,而Sr2+的加入则能够在Sm3+掺杂CeO2的基础上进一步降低最低氧空位迁移能,爬坡式弹性能带方法计算表明共掺杂体系的氧空位迁移能最低可达0.314/0.295 eV,低于Sm3+掺杂CeO2的最低氧空位迁移能.研究揭示了Sm3+,Sr2+共掺杂对CeO2电导率的协同作用机理,对进一步研发其他高性能的共掺杂电解质材料具有重要的指导意义.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	林子敬	中国科学技术大学物理系	9	51	4.0	7.0
2	任俊峰	山东师范大学物理与电子科学学院	12	20	2.0	4.0
3	张蕾	山东师范大学物理与电子科学学院	5	7	2.0	2.0
4	陈美娜	山东师范大学物理与电子科学学院	1	1	1.0	1.0
5	高慧颖	山东师范大学物理与电子科学学院	1	1	1.0	1.0
6	宣言	山东师范大学物理与电子科学学院	1	1	1.0	1.0