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第一作者：Jun Meng，Md Sariful Sheikh

通訊作者：Dane Morgan

通訊單位：威斯康星大學麥迪遜分校

Dane Morgan，Harvey D. Spangler工程學教授。目前是威斯康星大學麥迪遜分校的助理教授。

論文速覽

新的高氧活性材料可通過在較低溫度下(例如低于約400 ℃)實現有效的氧離子傳輸來增強許多與能源相關的技術。間隙氧導體有可能實現這種性能，但受到的關注遠不如空位介導的導體。本論文通過結合物理啟發的結構和性質描述符、從計算模擬和實驗驗證，提出了一種新的方法來發現快速間隙氧導體。

研究團隊發現了多個新的氧導體家族，這些家族采用與已知氧導體完全不同的結構。研究者們合成并研究了La₄Mn₅Si₄O₂₂₊_δ這一代表成員，發現其具有比廣泛使用的穩定氧化釔-氧化鋯（YSZ）更高的氧離子電導率，并且在中等溫度下具有已知材料中最高的表面氧交換速率。

快速的氧動力學歸因于同時活躍的間隙和間隙循環擴散路徑。研究提出，形成有效的間隙氧導體的基本特征是電子的可用性和結構的靈活性，這為理解并發現新的間隙氧導體提供了有力的方法。

圖文導讀

圖1：間隙和空位傳導氧化物中的氧遷移障礙的比較。

圖2：新間隙氧導體的篩選方法的示意圖。

圖3：快速間隙氧導體的晶體結構。

圖4：La₄Mn₅Si₄O₂₂的結構和間隙氧的流動性。

總結展望

本研究不僅發現了具有潛在應用價值的新型快速間隙氧導體，而且為設計和發現新的氧導體材料提供了理論基礎和計算方法。

特別是La₄Mn₅Si₄O₂₂材料的發現，其在中等溫度下展現出的高氧離子電導率和表面氧交換速率，預示著在能源相關技術中的應用前景。未來的工作可能會集中在進一步優化這些材料的性能，以及探索更多具有高氧導電性的新材料。

文獻信息

標題：Computational discovery of fast interstitial oxygen conductors

期刊：Nature Materials

DOI：10.1038/s41563-024-01919-8

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