Forskere undersøger strukturen af ​​fosfat-ionisk ledende glas ved hjælp af solid-state NMR

Glasagtige hurtige ioniske ledere kan bruges som faste elektrolytter, katode materialer, ledende fibre og elektrokrome glas på grund af deres høje ioniske ledningsevne og gode gennemsigtighed. Mens ledernes ledningsevne er meget afhængig af organiseringen af ​​glasnetværk, det er meget svært at karakterisere glasstrukturen fint, og dermed er forholdet mellem ledningsevnen og glasstrukturer sjældent blevet rapporteret. Solid-state nuklear magnetisk resonans (NMR) er ekstremt velegnet til sondering af glasstrukturer på grund af dens fleksible og omfattende muligheder for at detektere strukturinformationen af ​​glasagtige materialer på atomær skala.

I øjeblikket, dopingen af ​​overgangsmetalioner i fosfatglas har tiltrukket sig bred opmærksomhed, da overgangsmetalionerne betydeligt kan ændre den elektriske ledningsevne og optiske egenskaber af glas. Tilsætning af alkalihalogenid kan yderligere fremme mobiliteten af ​​ioner.

Seneste, et forskerhold ledet af Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, det kinesiske videnskabsakademi, har undersøgt strukturerne af MoO3-doterede fosfat-ion-ledende glas i detaljer ved hjælp af flere solid-state NMR-teknologier. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry C .

I deres eksperimenter, PO _5/2 blev erstattet med den samme mængde MoO3. De lokale miljøer af ³¹ P, ⁷ Li, og ³⁵ Cl blev karakteriseret ved enkelt-puls NMR-spektre. Fordelingen og forbindelsen af ​​fosfornetværk blev undersøgt ved to-dimensionelle NMR-eksperimenter. Raman-spektre blev brugt til at detektere de lokale miljøer i Mo. De komplekse impedanser er også blevet målt for at opnå de ioniske ledningsevner af disse glas.

De fandt ud af, at den ioniske ledningsevne blev forbedret omkring 250 gange med substitution af PO5/2 med MoO3, og den maksimale værdi nåede 1,05×10 ^-5 S·cm ^-1 ved 18 °C for x =70. I disse glas, Cl- ioner kun bundet til Li ⁺ ioner, men ikke P ⁵⁺ eller Mo ⁶⁺ . Inden for området x ≤ 20, fosforfaser dominerede glasnettet, og fosforkæder blev opdelt i dimere fosforarter Q ⁽¹⁾ 0Mo af Li ⁺ ioner. Det gennemsnitlige antal Li ⁺ ioner i fosforfasen var stærkt forøgede. Forøgelsen af ​​ionisk ledningsevne bør hovedsageligt skyldes stigningen af ​​Li ⁺ ionkoncentration i fosforfaserne og generering af løsere dimer struktur.

Imidlertid, inden for området 20 ≤ x ≤ 70, de dimere fosforarter blev gradvist opdelt i orthophosphat Q ⁽⁰⁾ 1Mo-arter spredt i molybdænfaser. Siden faldet i PO _5/2 , et stort antal Li ⁺ ioner gradvist overført fra phosphoroxidfaser til molybdænoxidfaser. I dette område, stigningen i ionisk ledningsevne bør skyldes stigningen af ​​Li ⁺ ionledningsevne i molybdænfaser.

Denne undersøgelse udvikler en omfattende glasstruktur-evolutionsmodel med kompositioner og præsenterer en dyb indsigt i virkningerne af kompositioner og strukturer på ionledningsevne. Resultaterne af dette arbejde kan være værdifulde for kompositionsdesign af glaselektrolytter.