Jahn–Teller Distortions and Phase Transitions in LiNiO 2 : Insights from Ab Initio Molecular Dynamics and Variable-Temperature X-ray Diffraction

雅恩-泰勒效应 衍射 从头算 对分布函数 单斜晶系 相变 材料科学 粘结长度 结晶学 相(物质) 凝聚态物理 X射线晶体学 从头算量子化学方法 分子物理学 化学 离子 晶体结构 物理 分子 光学 有机化学 量子力学
作者
Annalena R. Genreith‐Schriever,Alexandra Alexiu,George Searle Phillips,Chloe Coates,Liam A. V. Nagle‐Cocco,Joshua D. Bocarsly,Farheen N. Sayed,Siân E. Dutton,Clare P. Grey
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:36 (5): 2289-2303 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c02413
摘要

The atomistic structure of lithium nickelate (LiNiO2), the parent compound of Ni-rich layered oxide cathodes for Li-ion batteries, continues to elude a comprehensive understanding. The common consensus is that the material exhibits local Jahn-Teller distortions that dynamically reorient, resulting in a time-averaged undistorted Rm structure. Through a combination of ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations and variable-temperature X-ray diffraction (VT-XRD), we explore Jahn-Teller distortions in LiNiO2 as a function of temperature. Static Jahn-Teller distortions are observed at low temperatures (T < 250 K) via AIMD simulations, followed by a broad phase transition that occurs between 250 and 350 K, leading to a highly dynamic, displacive phase at high temperatures (T > 350 K), which does not show the four short and two long bonds characteristic of local Jahn-Teller distortions. These transitions are followed in the AIMD simulations via abrupt changes in the calculated pair distribution function and the bond-length distortion index and in X-ray diffraction via the monoclinic lattice parameter ratio, amon/bmon, and δ angle, the fit quality of an Rm-based structural refinement, and a peak sharpening of the diffraction peaks on heating, consistent with the loss of distorted domains. Between 250 and 350 K, a mixed-phase regime is found via the AIMD simulations where distorted and undistorted domains coexist. The repeated change between the distorted and undistorted states in this mixed-phase regime allows the Jahn-Teller long axes to change direction. These pseudorotations of the Ni-O long axes are a side effect of the onset of the displacive phase transition. Antisite defects, involving Li ions in the Ni layer and Ni ions in the Li layer, are found to pin the undistorted domains at low temperatures, impeding cooperative ordering at a longer length scale.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
L1完成签到 ,获得积分10
1秒前
爱的看到完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
咎不可完成签到,获得积分10
2秒前
小小完成签到,获得积分10
3秒前
初景发布了新的文献求助10
4秒前
拾光发布了新的文献求助30
5秒前
齐天大圣完成签到 ,获得积分10
8秒前
专注的凌丝应助Lucy采纳,获得10
8秒前
系统提示完成签到,获得积分10
9秒前
Ava应助sss采纳,获得10
11秒前
L1关注了科研通微信公众号
12秒前
16秒前
科研通AI6.2应助郭竞阳采纳,获得10
16秒前
17秒前
18秒前
星线发布了新的文献求助10
20秒前
21秒前
22秒前
笨笨三德发布了新的文献求助10
23秒前
24秒前
在水一方应助古今奇观采纳,获得10
24秒前
慕青应助li采纳,获得10
25秒前
27秒前
28秒前
28秒前
含蓄的剑封完成签到 ,获得积分10
29秒前
缥缈的绝山完成签到,获得积分10
29秒前
30秒前
Chip发布了新的文献求助10
30秒前
31秒前
孔顺宇发布了新的文献求助30
31秒前
zz完成签到,获得积分20
33秒前
123完成签到,获得积分10
33秒前
月亮不会奔你而来完成签到,获得积分10
35秒前
37秒前
39秒前
39秒前
蟑螂恶霸发布了新的文献求助10
39秒前
deng66657完成签到,获得积分20
40秒前
高分求助中
液晶指向矢仿真分析数据集 8888
Invited Discussant 63O and 64O 1000
Dr. Dirk Wiechmann on Lingual Orthodontics: Part I 888
Ideology and Meaning-Making under the Putin Regime 750
化工技术经济第五版电子版 500
Petrology and Plate Tectonics 500
Writing Systems 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 内科学 复合材料 催化作用 光电子学 物理化学 电极 细胞生物学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6880672
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8580297
关于积分的说明 18230054
捐赠科研通 6263788
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3055097
关于科研通互助平台的介绍 2065462
邀请新用户注册赠送积分活动 2032749