六方钙钛矿结构Ba7In6Al2O19质子导体的同价Ga3+掺杂增强质子传导机制研究

这篇研究首次通过同价Ga3+掺杂策略优化六方钙钛矿Ba7In6Al2O19（BIAO）质子导体性能。采用改进Pechini法合成的Ba7In6Al1.9Ga0.1O19相较母相晶胞体积增大，质子浓度提升至1.53 mol H2O（母相0.41 mol），在500°C湿氛（pH2O=2×10?2 atm）下质子电导率提高一个数量级，活化能降至0.38 eV，为固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质材料开发提供新思路。

　　

Highlight

六方钙钛矿Ba₇In₆Al_1.9Ga_0.1O₁₉通过改进Pechini法成功合成。该相属于空间群P6₃/mmc，由于Ga³⁺（0.47 ?）对Al³⁺（0.39 ?）的同价取代（配位数均为4），晶胞参数显著扩张。

Phase analysis and composition characterization

X射线衍射（XRD）显示材料为单相结构，Rietveld精修证实其与母相Ba₇In₆Al₂O₁₉同构。晶格膨胀效应直接关联于更大的Ga³⁺离子半径，这为后续质子传输性能提升奠定结构基础。

Conclusion

该六方钙钛矿相展现出优异的水合能力，质子浓度达1.53 mol H₂O（母相仅0.41 mol），符合"晶胞体积增大→Ba²⁺位点周围空间扩展→OH^-基团更易嵌入"的构效关系。在500°C湿性条件下，质子电导率较母相提升10倍，活化能降低至0.38 eV（母相0.47 eV），这种"双效提升"使其在宽温区应用中更具优势。

Funding

本研究由俄罗斯科学基金会与斯维尔德洛夫斯克州政府联合资助（项目号24-13-20026）。

Declaration of Competing interest

作者声明无利益冲突。