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【24h】

APS -APS March Meeting 2017 - Event - Interaction of small polarons and oxygen vacancies in CeO2

机译：APS -APS 2017年3月会议-活动-CeO2中小极化子与氧空位的相互作用

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The properties that make cerium oxide (CeO2) a promising material for solid oxide fuel and electrochemical cells are closely related to the easy of oxygen vacancy formation and Ce4$+leftrightarrow $Ce3$+$ conversion, i.e., small polaron formation. The effects of oxygen vacancy on the structure and electronic properties of CeO2 have been extensively studied from both experiment and theory, yet vacancy formation energy and parameters of the polaron-vacancy interaction vary over a wide range. Using first-principles calculations based on hybrid functional, we investigate the formation and migration of small polarons (Ce3$+)$ and their interaction with oxygen vacancies in CeO2, treating the small polaron and vacancy as independent entities. We compute the electron self-trapping energy (i.e., energy gain when forming a small polaron), the small-polaron migration barrier, vacancy formation and migration energies, and vacancy-polaron binding energies. We find that small polarons weakly bind to oxygen vacancies, providing a relatively small contribution to the activation energy barrier for the observed hopping electronic conductivity. The results are compared to previous calculations and discussed in the light of available experimental data.
机译：使氧化铈（CeO2）成为用于固体氧化物燃料和电化学电池的有前途的材料的特性与氧空位的形成和Ce4 $ + leftrightarrow $ Ce3 $ + $的转化率即小极化子的形成密切相关。从实验和理论两方面都对氧空位对CeO2的结构和电子性能的影响进行了广泛的研究，但是空位形成能和极化子-空位相互作用的参数变化很大。使用基于混合功能的第一性原理计算，我们研究了小极化子（Ce3 $ +）$的形成和迁移以及它们与CeO2中氧空位的相互作用，将小极化子和空位视为独立实体。我们计算电子的自陷能（即形成小极化子时的能量增益），小极化子迁移势垒，空位形成和迁移能以及空子-极化子结合能。我们发现小极化子弱结合氧空位，为观察到的跳跃电子电导率的活化能垒提供了相对较小的贡献。将结果与先前的计算进行比较，并根据可用的实验数据进行讨论。

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