研究背景
文章简介
图 1. 热化学脱水诱导的质子化镍酸盐与缺氧镍酸盐之间的相变。
我们系统地研究了脱水过程中物理性质的变化，包括晶体结构、电导率和镍的价态。我们对镍 L2,3 边和氧 K 边进行了软 X 射线吸收谱（sXAS）的分析（表征工作在上海同步辐射光源完成，合作者为中国科学院上海高等研究院的张念博士）。可以推测 H-NNO 和 NNO-δ 中的镍价态接近 Ni2+，脱水过程并未改变镍酸盐中的镍价态。此外，我们还分析了初始 NNO、质子化 H-NNO 和氧缺乏 NNO-δ 的光学性质。
图 2. NNO、质子化 H-NNO 和缺氧 NNO-δ 的化学和光学表征。
为了进一步理解脱水过程中晶体结构和晶格常数的变化导致 NNO-δ 的形成，我们对 H-NNO 相在不同温度下向 NNO-δ 相转变进行了 XRD 2θ-ω 扫描。由于 H-NNO 和 NNO-δ 相中含有质子或氧空位，理解这些离子缺陷是否能贡献离子电导率非常重要。我们在不同温度下的湿润氮气气氛中测量了脱水过程中的总电导率变化（即电子和离子电导率的总和）。在 300°C 以下温度范围内，H-NNO 和 NNO-δ 的两相都是纯电子导体，离子电导率可忽略不计。
图 3. 质子化 H-NNO 到缺氧 NNO-δ 脱水过程中晶体结构和电导率的演变。
为了更好地理解氧空位浓度与 NNO-δ 物理性质之间的关联，我们通过对具有质子浓度梯度的样品进行脱水，合成了具有氧空位浓度梯度的 NNO-δ 薄膜。与通过多样品方法得到不同氧空位浓度的做法相比，这种方法的优点是可以有效避免由于样品生长或实验条件的细微差异导致的样品间差异。更重要的是，通过对脱水反应的精细调控，我们进一步在单一薄膜中设计了氧空位浓度梯度，以建立氧空位浓度与晶格常数、镍的价态、氧含量、传输性质和 NNO-δ 光学性质之间的定量关联。我们的工作为质子缺陷转化为氧空位提供了一条新途径，并加深了对离子缺陷在镍酸盐钙钛矿氧化物中对物理性质影响的理解。
图 4. 质子浓度梯度和氧空位浓度梯度镍酸盐薄膜样品的制备和表征。
该成果以 “Manipulating protons and oxygen vacancies in nickelate oxides via thermochemical dehydration”（《以热化学脱水操纵镍酸盐氧化物中的质子缺陷和氧空位》）为题，发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry A 上，并入选为 hot article。
论文信息
Manipulating protons and oxygen vacancies in nickelate oxides via thermochemical dehydration
Haowen Chen, Zihan Xu, Luhan Wei, Mingdong Dong, Yang Hu, Ying Lu, Nian Zhang, Jie Wu and Qiyang Lu
J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 23658-23669
https://doi.org/10.1039/D4TA03609C
作者简介
期刊介绍
rsc.li/materials-a
J. Mater. Chem. A
| 2-年影响因子* | 10.7分 |
| 5-年影响因子* | 10.8分 |
| JCR 分区* | Q1能源与燃料 Q1化学-物化 Q1材料-多学科 |
| CiteScore 分† | 19.5分 |
| 中位一审周期‡ | 30 天 |
Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是，Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用，Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用，Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。
Anders Hagfeldt
🇸🇪 乌普萨拉大学
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