تأثيرات الرصاص على تشكيل وهجرة فراغات الأكسجين في حاملات الأكسجين SrFe1−xNixO3−δ

النيكل هو عنصر واعد للتطعيم في موقع B قادر على تحسين أداء حامل الأكسجين في بيروفسكيت SrFeO3. في هذا العمل، تم دراسة تأثير تطعيم النيكل على تشكيل وهجرة فراغات الأكسجين في SrFe1-xNixO3-δ (x = 0، 0.0625، 0.125، 0.1875، و 0.25) باستخدام حسابات نظرية الوظائف الكثيفة. توضح نتائجنا أن فراغات الأكسجين التي تتكون من سلاسل Ni-O-Fe تظهر طاقة تشكيل أقل (Ef) مقارنة بتلك التي تتكون من سلاسل Fe-O-Fe في كل نظام تطعيم. بالإضافة إلى ذلك، عمومًا تنخفض Ef مع زيادة محتوى النيكل. يُعزى هذا الترويج لتكوين VO بسبب ثلاثة عوامل: ضعف الترابط بين Ni-O، وقرب حالات O-2p من مستوى فيرمي بواسطة التهجين Ni-O، وانخفاض Ni3+ في الشحنات الإيجابية ليتم تعويضها من خلال تكوين VO. بسبب هذه المزايا المتعددة، يمكن أن يؤدي تطعيم النيكل المعتدل بمقدار x = 0.25 إلى زيادة PO2 وتقليل T بالمقارنة مع تطعيم الكوبالت الأكبر نسبيًا بمقدار x = 0.5، من الناحية الديناميكية الحرارية. على الصعيد الحركي، يبدو أن تطعيم النيكل يمثل عيبًا لأنه يعيق هجرة الأكسجين، بسبب ارتفاع حاجز هجرة الأكسجين عبر مسار SrSrNi مقارنة بمسار SrSrFe. ومع ذلك، لن يتأثر توصيل أيونات الأكسجين بشكل كبير بالقفز عبر مسار قريب من SrSrFe ذو حاجز هجرة منخفض في نظام تم تطعيمه بكمية صغيرة من النيكل. باختصار، تمتلك كمية صغيرة من تطعيم النيكل ميزة على تطعيم الكوبالت من حيث تعزيز أداء حامل الأكسجين في نظام SrFeO3 الأصلي.