Effets du dopage au Ni sur la formation et la migration des vacants d'oxygène dans les transporteurs d'oxygène SrFe1−xNixO3−δ

Le Ni est un élément de dopage prometteur sur le site B capable d'améliorer la performance des transporteurs d'oxygène du pérovskite SrFeO3. Dans ce travail, l'effet du dopage au Ni sur la formation et la migration des vacants d'oxygène dans SrFe1-xNixO3-δ (x = 0, 0.0625, 0.125, 0.1875 et 0.25) est étudié en utilisant des calculs de théorie de la fonctionnelle de densité. Nos résultats montrent que les vacants d'oxygène formés à partir de chaînes Ni-O-Fe présentent une énergie de formation (Ef) inférieure par rapport à celles provenant de chaînes Fe-O-Fe dans chaque système de dopage. De plus, Ef diminue généralement avec une augmentation de la teneur en Ni. Cette formation de VO favorisée par le Ni est attribuée à trois facteurs : un affaiblissement de la liaison Ni-O, la fermeture des états O-2p par hybridation Ni-O au niveau de Fermi, et un Ni3+ diminuant les charges positives devant être compensées par la formation de VO. En raison de ces multiples avantages, un dopage modeste au Ni de x = 0.25 peut induire une PO2 plus élevée et une T plus basse comparativement à un dopage au Co relativement plus important de x = 0.5, thermodynamiquement. Cinétiquement, le dopage au Ni semble être un inconvénient car il entrave la migration de l'oxygène, en raison d'une barrière de migration de l'oxygène plus élevée à travers SrSrNi par rapport au chemin SrSrFe. Cependant, la conduction globale des ions oxygène ne serait pas significativement influencée par le saut à travers un chemin voisin de SrSrFe avec une faible barrière de migration dans un système dopé avec une petite quantité de Ni. En un mot, une petite quantité de dopage au Ni a un avantage par rapport au dopage au Co en termes d'amélioration de la performance des transporteurs d'oxygène du système parent SrFeO3.