Accurate prediction of oxygen vacancy concentration with disordered A-site cations in high-entropy perovskite oxides

算法 材料科学 热力学 物理 计算机科学
作者
Jiyun Park,Boyuan Xu,Jie Pan,Dawei Zhang,Stephan Lany,Xingbo Liu,Jian Luo,Yue Qi
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41524-023-00981-1
摘要

Abstract Entropic stabilized ABO 3 perovskite oxides promise many applications, including the two-step solar thermochemical hydrogen (STCH) production. Using binary and quaternary A-site mixed {A}FeO 3 as a model system, we reveal that as more cation types, especially above four, are mixed on the A-site, the cell lattice becomes more cubic-like but the local Fe–O octahedrons are more distorted. By comparing four different Density Functional Theory-informed statistical models with experiments, we show that the oxygen vacancy formation energies ( $${E}_{V}^{f}$$ E V f ) distribution and the vacancy interactions must be considered to predict the oxygen non-stoichiometry ( δ ) accurately. For STCH applications, the $${E}_{V}^{f}$$ E V f distribution, including both the average and the spread, can be optimized jointly to improve Δ δ (difference of δ between the two-step conditions) in some hydrogen production levels. This model can be used to predict the range of water splitting that can be thermodynamically improved by mixing cations in {A}FeO 3 perovskites.

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