Interstitial Oxygen Induced K+ Ions’ Order-to-Disorder Transition and High Oxide Ion Conduction in K2ZnV2O7

化学 离子 氧化物 订单(交换) 氧气 氧原子 无机化学 结晶学 分子 财务 经济 有机化学
作者
Wenzhuo Chen,Jian Yang,Jiazheng Hao,Feiran Shen,Lunhua He,Xia Deng,Jiasheng Lv,Jing Fang,Laijun Liu,Jungu Xu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c03453
摘要

The undoped K2ZnV2O7 material has a melilite-like structure, with the K+ ions distributed orderly on two distinguishable crystallographic sites, which is the main difference with the case in a typical A2B3O7 melilite material where the A site cations occupy only one crystallographic position. Herein, we report that substitution of Ga for Zn in K2ZnV2O7 would induce the K+ ions' order-to-disorder transition and transform the K2ZnV2O7 from the melilite-like structure to a typical melilite phase, coupled with significantly enhanced oxide ion conductivity, e.g. ∼1.01 × 10–1 S/cm at 600 °C for the K2Zn0.7Ga0.3V2O7.15 sample, which is about 2 orders of magnitude higher than the parent material. The powder neutron diffraction data analysis results revealed two sites for the interstitial oxygen defects that are introduced by the donor-doping. The introduction of interstitial oxygen into the K layer strongly correlated with the K ions' order-to-disorder transition, while the interstitial oxygens within the 5-fold (Zn/Ga/V)O4 tetrahedral rings are responsible for the enhanced oxide ion conductivity. These findings provided a comprehensive understanding of the melilite-like and typical melilite materials for the mechanism of the stabilization and migration of interstitial oxygen defects.

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