这篇文献介绍了一种新方法，通过热激活和电场的结合，在块状金属氧化物上生成有序氧空位，从而增强其物理化学性能。该研究重点是在SrAl2O4和TiO2等块状氧化物材料中产生有序氧空位(VO)。产生VO 的传统方法通常会导致随机分布，从而降低材料的功能性。这篇文章中所提出的方法将热激活与同时产生的电场（称为ET处理）相结合，以增强空位排序。这种方法可以有效地在块状材料中生成VO，克服了以前技术的局限性。同时，该研究强调了有序 VO 在超导、离子传导和催化等领域的潜在应用。文章作者强调，这种方法可以普遍应用于各种氧化物材料以改善性能。研究结果表明，空位工程取得了重大进展，有望增强氧化物材料的功能。
研究体系是发光材料SrAl2O4 。样品的制备方案为 SrAl2O4：1%Eu2+、2%Dy3+，并与未经电场处理的参考样品进行比较。Rietveld 精修证实，两个样品都与 SrAl2O4 的单斜相相匹配。透射电子显微镜显示，ET 处理样品中存在有序的空位结构，表明存在氧空位 (VO)。ET 处理样品中的 VO 浓度估计约为 5 at.%，而参考样品中为 2 at.%。X 射线吸收光谱显示，ET 处理样品中的铝氧化态降低，这是由于 VO 增加所致。iDPC-STEM 技术可以直接观察原子位置，突出显示由于有序 VO 导致的对比度差异。研究结果表明，电场处理显著影响SrAl2O4的结构和电子特性。
在此之前报道的文章中通过各种方法研究了氧化物材料中氧空位(VO) 的形成，包括异价掺杂和电还原。密度泛函理论计算表明，施加 0.01 V Å–1 的电场可使单 VO 和双 VO 的形成能分别降低约 0.1 eV 和 0.5 eV。O8 和 O3 位点被认为是双 VO 形成的有利位置，特别是在高 VO 浓度条件下。VO 的扩散促进了从无序 VO 到有序 VO 结构的转变，由于电场，能垒降低了 40 meV。扩散势垒的降低使 1,060 °C 时的 O 扩散速率提高了约 45%。0.01 V Å–1 的理论电场明显大于 300 V cm–1 的实验场，突出了测量尺度的差异。缺陷和表面形貌可以增强局部电场，可能将场强提高 1,000 到 10,000 倍。
经ET处理的 SrAl2O4 样品的余辉强度为 83 mcd·m–2，是参考样品的 3.6 倍。激发磷光发射显示从 340 到 440 nm 的宽激发带，表明各种光源均可有效激活。热释光 (TL) 测量表明，经 ET 处理的样品具有明显更高的 TL 强度，表明陷阱浓度增加。参考样品的陷阱深度主要在 0.65 eV 左右，而经 ET 处理的样品的陷阱较浅，在 0.55 eV 和 0.61 eV 之间。与无序结构中的更深层级相比，VO 有序结构的跃迁能级比导带最小值低 0.88 eV。在低于 1,025 °C 的温度下进行 ET 处理可保持低电流密度，但在此温度以上，电流密度会急剧增加。无论处理温度如何，所有经电子转移处理的样品与参考样品相比，均表现出更好的长余辉性能，强调了有序空位在增强 SrAl2O4 荧光粉余辉性能方面的作用。
电场处理(ET)在氧化物材料中引入了有序空位 (VO)，从而增强了其功能特性。该研究重点关注 TiO2，表明 ET 处理可有效在这种二元金属氧化物中产生氧缺陷。对 TiO2 样品进行了表征，结果表明，经 ET 处理的样品的 VO 浓度约为 7 at.%，而退火样品的 VO 浓度为 1 at.%。经 ET 处理的 TiO2 在 0.2 A g-1 时表现出 311 mAh g-1 的比容量，是商用 TiO2 (~150 mAh g-1) 的两倍多。经 ET 处理的样品中 VO 的存在改善了电荷存储动力学并为 Li+ 插入提供了更多空间。其他氧化物，包括 ZrO2、WO3 和 VO2，在 ET 处理后也表现出 VO 含量增加和性能增强。研究结果表明，ET 处理是通过缺陷工程改善各种氧化物材料功能的通用策略。该研究强调了控制晶体固体中的点缺陷以显著增强材料性能的潜力。
发表于 2025-3-13 10:28:08
