Analysis of Experimental Results of Defect Concentraions in the Surface Layer of Acceptor Doped Ceria

I. Riess; Рис И.

doi:10.31857/S0424857023030118

Анализ экспериментальных результатов измерения концентрации дефектов в поверхностном слое оксида церия, допированного акцептором

Авторы: Рис И.¹
Учреждения:
1. Физический факультет, Технион IIT
Выпуск: Том 59, № 3 (2023)
Страницы: 119-123
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0424-8570/article/view/139240
DOI: https://doi.org/10.31857/S0424857023030118
EDN: https://elibrary.ru/HXGXWS
ID: 139240

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Дана теоретическая интерпретация последних экспериментальных результатов по зависимости концентрации малых поляронов от парциального давления кислорода, P(O₂) в мономолекулярном поверхностном слое допированного оксида церия. Проанализированы два разных типа экспериментальных условий. (1) Исследована полностью восстановленная поверхность Sm_0.2Ce_0.8O_{1.9 – δ} и оценено взаимодействие в системе [Ce³⁺]_s–P(O₂). Экспериментальные данные объяснены возникновением металлоподобного поверхностного слоя, в первом приближении нейтрального, т.е., с пренебрежимо малым переходом заряда в объем. Поверхность становится металлоподобной потому, что внешние электроны на ионах Ce³⁺, которые при низкой концентрации являются малыми поляронами, при высокой концентрации делокализуются. (2) Исследована поверхность Pr_0.1Ce_0.9O_{2 – δ}. Экспериментальные данные, касающиеся взаимодействия [Pr³⁺]_s–P(O₂), объяснены образованием полупроводникового отрицательно заряженного мономолекулярного поверхностного слоя, образующего двойной слой с положительно заряженным объемом. Как в случае Sm_0.2Ce_0.8O_{1.9 – δ}, так и Pr_0.1Ce_0.9O_{2 – δ} зависимость концентрации поверхностных дефектов от P(O₂) отличается от таковой в объеме.

Ключевые слова

поверхностные поляроны, двойной слой, восстановленный оксид церия, оксид церия, допированный Sm, оксид церия, допированный Pr, зависимость концентрации поверхностных дефектов от давления кислорода

Об авторах

И. Рис

Физический факультет, Технион IIT

Автор, ответственный за переписку.
Email: riess@technion.ac.il
Израиль, 3200003, Хайфа

Список литературы

Oswald, S., Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley & Sons, 2013. March 15.
Chueh, W.C., McDaniel, A.H., Grass, M.E., Hao, Y., Jabeen, N., Liu, Z., S. Haile, M., McCarty, K.F., Bluhm, H., and El Gabaly, F., Highly Enhanced Concentration and Stability of Reactive Ce3+ on Doped CeO2 Surface Revealed in Operando, Chem. Mater., 2012, vol. 24, p. 1876.
Lu, Q., Vardar, G., Jansen, M., Bishop, S.R., Waluyo, I., Tuller, H.L., and Yildiz, B., Surface Defect Chemistry and Electronic Structure of Pr0.1Ce0.9O2 – δ Revealed in Operando, Chem. Mater., 2018, vol. 30, p. 2600.
Devreese, J.T. and Peeters, F.M., Electron-phonon interaction in two-dimensional systems: polaron effects and screening, in: Phys. Two-Dimensional Electron Gas, Springer USA, 1987, p. 131–182.
Riess, I., Analysis of point defect concentrations in highly reduced, monomolecular surface layer of doped ceria, Solid State Ionics, 2021, vol. 373, p. 115791.
Ricken, M., Nölting, J., and Riess, I., Specific Heat and Phase Diagram of Non Stoichiometric Ceria (CeO2 – δ), J. Solid State Chem., 1984, vol. 54, p. 89.
Stelzer, N., Nölting, J., and Riess, I., Phase Diagram of Nonstoichiometric 10 mol. % Gd2O3 Doped Cerium Oxide Determined from Specific Heat Measurements, J. Solid State Chem., 1995, vol. 117, p. 392.
Riess, I., Analysis of the unique dependence on oxygen pressure of Pr3+ concentration in the surface of Pr doped ceria, Solid State Ionics, 2022, vol. 380, p. 115899.
Chatzichristodoulou, C. and Hendriksen, P.V., Analysis of the unique dependence on oxygen pressure of Pr3+ concentration in the surface of Pr doped ceria, J. Electrochem. Soc., 2010, vol. 157, p. B481.