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

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.

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

所属期刊栏目：67

资助基金：国家自然科学基金51602183;山东省自然科学基金ZR2014BP003;中国博士后科学基金2015M572074;山东师范大学本科生科研基金项目2017BKSKY35 资助的课题

在线出版日期：2018-05-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：257-268